预制裂纹砂岩样力学特性与能量演化规律研究

摘要

目前单条和多条预制裂纹岩样的强度与裂纹扩展规律的研究主要针对小尺度预制裂纹岩样,而在实际工程实践中岩体地质构造尺度与产状均较大,相较于完整岩体,其受采动影响后的破碎程度与动力灾害发生的可能性均较大.针对该问题,开展了完整细砂岩岩样及预制大尺度裂纹岩样的单轴压缩试验.在分析完整岩样及预制裂纹岩样基本力学性质的基础上,获取了岩样应力-应变峰前各能量指标(总应变能、弹性应变能及耗散应变能)演化机制,揭示了岩样变形破坏全过程中预制裂纹倾角对能量密度的影响.研究结果表明:①随着预制裂纹倾角增大,岩样的峰值强度与峰值应变均减小,岩样由拉伸劈裂破坏向剪切滑移破坏转变;②对应岩样应力-应变的弹性阶段与塑性阶段,预制裂纹岩样分别出现了加速储能期与急剧耗能期,且随着预制裂纹倾角增大,岩样耗散应变能占比与盈余应变能占比均增大,说明岩样发生动力弹射破坏能力增强,岩样破碎,而完整岩样能量演化较为平缓.由研究结果指出,在实际工程中,当揭露大尺度、大倾角缺陷(断层、节理等地质构造)时,不仅要防治缺陷周边岩体的破碎,还要时刻监测缺陷周边的能量变化,降低岩体结构性冲击危险性.