高水压对红砂岩动态强度和变形特性影响的试验研究

摘要

深部岩体工程处于高水压和高地应力地质环境中,其动态力学特性深受赋存环境的影响。为研究高水压和高地应力对岩石(体)动态力学特性的影响,基于自主研发的高水压高地应力岩石动力学试验装置,对红砂岩进行不同水压力和轴向静应力的冲击试验,分析岩石动态峰值应力、极限应变、平均应变率及动态变形模量随水压力的变化规律,探索动态峰值应力、极限应变与平均应变率的关系,构建峰值应力、极限应变、平均应变率与水压力及极限应变与平均应变率的关系经验模型。基于滑移断裂模型,分析水压力作用下岩石微观结构的强度与变形特性,探索水压力对岩石动态力学特性的影响机制。研究结果表明,相同轴向静应力作用下,红砂岩的动态峰值应力随水压力的增大逐渐增大,峰值应力与水压力呈良好的对数函数分布;红砂岩的平均应变率和极限应变随水压力的增加而减小,二者都与水压力呈指数函数关系。外界水压力及红砂岩裂隙面中水的Meniscus效应、Stefan效应及牛顿内摩擦效应抑制裂隙的萌生扩展,进而提高红砂岩的抗压强度及抵抗变形能力。研究结果有助于完善深部岩石动力学理论,对具有深部高水压环境下岩体工程爆破开挖安全高效设计和施工提供理论基础。