综放采动应力路径下单裂隙砂岩力学特性试验研究

• 作者: 夏彬伟 刘仕威 欧昌楠 高玉刚
• 来源期刊: 煤炭科学技术
• 学科: 工学
• 关键词: 综放开采 砂岩 单裂隙 岩石力学 裂纹演化
• 年，卷（期）: 2022,（2）
• 所属期刊栏目: 采矿科学与工程|Mining Science and Engineering
• 页码范围: 95-105
• 页数: 11页
• 分类号: TD315
• 语种: 中文
• DOI: 10.13199/j.cnki.cst.WSCC21-030

摘要

综放开采会形成有别于常规三轴压缩的应力路径,为研究综放采动状态下顶板岩体的力学特性,针对特定长度和角度的单裂隙砂岩,进行恒定卸围压同时变速率加轴压的加卸载三轴试验,以模拟综放开采过程中的应力路径,分析单裂隙砂岩的破坏形式,并用超声波实时测试,探究超声波特性和应力应变的关系以及裂纹演化规律.试验结果表明:①常规三轴应力路径下,不同长度单裂隙砂岩试件的破坏形式基本为拉-剪复合型破坏,不同角度单裂隙砂岩试件破坏形式包含纯剪切破坏、拉伸破坏、拉-剪复合破坏和X型共轭剪切破坏.加卸载三轴应力路径下,随着裂隙长度增加,破坏形式表现为拉-剪复合型破坏—"X"型非共面剪切破坏—"X"型共面剪切破坏,拉伸裂纹会被次生共面裂纹所替代;裂隙角度是裂隙起裂的诱因,不同角度裂隙砂岩试件破坏形式包含拉-剪复合型破坏、单剪切破坏、"X"型非共面剪切破坏;②P波波速能有效反映试件应力水平和细观结构.相较于常规三轴应力路径下整体上P波速度随轴向应变的增大先增大后减少,在加卸载三轴应力路径下,整体上P波速度随轴向应变的增大而增大,但增速随着应力水平的增加而减小;在试件达到屈服点时,试件密度达到最大值,表现为P波波速达到最大值;在试件达到峰值强度附近时,试件内部裂纹交叉和相互联合的现象加剧,表现为P波波速出现明显波动;裂隙长度增大,波速稳定段逐渐减小,裂隙角度增大,波速稳定段先增大后减小;③根据波速反映的裂纹宽度变化,常规三轴应力路径下裂纹演化阶段可分为裂纹压密阶段、裂纹发展阶段、裂纹稳定阶段和破坏后失稳阶段4个阶段,加卸载三轴应力路径下则分为裂纹压密阶段、裂纹稳定阶段和裂纹扩展阶段3个阶段,裂纹稳定阶段随裂隙长度增加整体上呈现减小趋势,裂隙角度对裂纹稳定阶段基本没有影响.