非均匀应力下含缺陷砂岩失稳机制研究

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0352

采矿与安全工程学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (3): 722-735.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0352

非均匀应力下含缺陷砂岩失稳机制研究

刘刚1，2，3，魏国庆1，2，王盛旋1，2，昝永龙1，2，秦艺峰4

1. 黑龙江科技大学矿业工程学院，黑龙江哈尔滨150022；2. 黑龙江科技大学黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室，黑龙江哈尔滨150022；3. 宝泰隆新材料股份有限公司，黑龙江七台河154604；4. 黑龙江科技大学安全工程学院，黑龙江哈尔滨150022

出版日期:2026-05-15 发布日期:2026-05-15
通讯作者: 刘刚，E-mail： liugang@usth.edu.cn，Tel： 18944630110
作者简介:刘刚(1986— )，男，黑龙江省伊春市人，博士，副教授，从事矿山岩石力学方面的研究。
基金资助:
黑龙江省自然科学基金优青项目（YQ2023E039）；国家自然科学基金项目（52374199）

Instability mechanisms in flawed sandstone under non-uniform stress

Online:2026-05-15 Published:2026-05-15

摘要/Abstract

摘要： 针对回采巷道因顶板“小悬臂结构”引发的非均匀应力状态及矩形巷道围岩失稳问题，开展“凸形”“梯形”和“凹形”3种非均匀应力加载条件下含矩形缺陷砂岩力学试验，探究其力学响应特性与能量演化规律，揭示了非均匀应力下缺陷砂岩协同破裂特征。结果表明：“梯形”加载条件下砂岩峰值应力最高，较“凸形”应力加载条件下其抗压强度较大，并且线性阶段最长，体现了“分层缓冲”优势；“凸形”加载条件下岩样单斜裂纹快速贯通，承载能力最弱，声发射能量呈单峰骤降趋势，能量耗散较少；“凹形”加载条件下，通过阶梯状裂纹扩展实现了能量渐进耗散，累计声发射能量最高；非均匀应力下含矩形缺陷砂岩应力、应变、塑性区演化规律与上部应力具有相关性，其中，高应力区的演化最为剧烈，是岩石内部损伤的主导区域；非均匀应力会引发砂岩局部快速失稳，非均匀应力特征与强度、剪切破坏比例及总能量具有相关性。研究成果对非均匀应力下巷道稳定性控制及差异化支护具有重要理论意义。

关键词: 非均匀应力, 破坏机制, 声发射, 数值模拟, 能量演化

中图分类号:

TD 315

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Instability mechanisms in flawed sandstone under non-uniform stress

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