不同围压卸荷速率下砂岩力学特性数值试验研究

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2023.0015

采矿与安全工程学报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (3): 597-610.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0015

不同围压卸荷速率下砂岩力学特性数值试验研究

张健,郭亮亮,涂坤

1. 山西省地质调查院有限公司,山西太原030006; 2. 太原理工大学水利科学与工程学院,山西太原030024; 3. 中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院,北京100083;
4. 国家煤矿水害防治工程技术研究中心,北京100083

出版日期:2024-05-15 发布日期:2024-05-21
通讯作者: 张健，E-mail： 50cent0810@163.com Tel： 18811571556
作者简介:张健(1986— ),男,陕西省安康市人,讲师,博士,从事矿山水文地质与工程地质、矿井水害防治方面的研究。
基金资助:
中国博士后科学基金项目(2020T130390，2019M661053)；山西省基础研究计划项目(20210302124485，202203021211127)

Numerical study on mechanical properties of sandstone under varied unloading rates of confining pressure#br#

Online:2024-05-15 Published:2024-05-21

摘要/Abstract

摘要： 现有关于岩石试件在卸围压条件下力学特性的研究成果,无法完全排除试件离散性及受载过程中应力路径变化对试验结果的影响。利用离散元法开展均质试件在恒定轴压与4种围压卸荷速率下的数值试验研究,对比、分析其宏观与细观力学特性及能量演化规律。结果表明:随着围压卸荷速率的降低,试件极限承载强度不断提高,试验过程中逐步出现轴压和围压的跌落与反弹,反映了试件经历多阶段突发式渐进破坏过程,由局部破裂不断积累导致试件向失稳方向发展。卸荷过程中,试件张拉破裂增长速率大于剪切破裂,以张拉破坏为主。4种条件下,随着形成每条裂纹的声发射事件数增加,总体震级波动范围逐渐减小,整体震级逐渐增大。随着卸荷速率的减小,能量密度出现明显的台阶式上升特征,卸荷过程中试件突发性破裂程度逐渐提高。相对高速卸荷以近似线性方式使试件短时间内能量密度迅速变化,相对低速卸荷条件下的试件则有相对充足的时间以阶梯状增加方式改变能量密度。本研究可为卸围压条件下岩石破坏失稳机制分析提供理论和工程参考。

关键词: 数值试验, 围压卸荷速率, 力学特性, 砂岩, 离散元法

中图分类号:

TD 353

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不同围压卸荷速率下砂岩力学特性数值试验研究

Numerical study on mechanical properties of sandstone under varied unloading rates of confining pressure#br#

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