采矿与安全工程学报

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基于巴西劈裂实验的层状页岩断裂特征试验研究

王辉,李勇,曹树刚,潘瑞凯,朱健尚,杨红运   

  1. 1.重庆大学资源与安全学院,重庆 400044;2.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;3.重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室,重庆 400074
  • 出版日期:2020-05-15 发布日期:2020-06-15
  • 作者简介:王辉(1992— ),男,云南省曲靖市人,博士,从事矿山压力及岩石断裂力学方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51904043,51911530152,51774059,51674047)

Experimental study on fracture characteristics of layered shale under Brazilian splitting tests

  • Online:2020-05-15 Published:2020-06-15

摘要: 为揭示层状页岩巴西圆盘试件破坏强度与裂纹特征关系的机理,对圆盘试件进行劈裂试验。利用高速照相机和声发射监测装置分析了试件的破断特征及声发射特征,探讨了试件的破断机理以及破断强度的影响因素。研究表明:1) 圆盘试件的裂纹起裂点通常位于试件的中部或加载端处,当层理角度较小时,试件裂纹垂直于或斜交于层理面扩展,随层理角度逐渐增大,裂纹逐渐沿层理方向扩展;2) 层理方向会影响试件应力场的分布,当层理角度为0°和90°时,试件中部会产生较大的水平拉应力,试件容易产生拉伸破坏,当层理角度为45°时,试件中部会产生较大的剪应力,试件容易产生剪切破坏;3) 由于裂纹表面能密度的差异性,试件的破坏强度分别与总裂纹长度和相对层理裂纹长度成正相关和负相关关系;4) 试件的声发射特征与其破断模式密切相关,当试件产生张拉破断时,声发射计数表现为单峰陡增特征,当试件产生剪切+张拉复合破断时,声发射计数表现为多段增长特征。

关键词: 层状页岩, 巴西劈裂, 裂纹扩展特征, 破坏模式, 能量理论