水利水电技术(中英文)

2025, v.56;No.616(02) 200-215

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含缺陷砂岩单轴压缩裂纹类型及演化规律试验研究
Experimental study on the types and evolution of uniaxial compression cracks in defective sandstone

吴迪,江兴元,赵珍贤,田俊伟,王福林

摘要(Abstract):

【目的】裂隙岩体在荷载作用下力学强度会发生劣化,易进一步引发岩石破裂,对岩体工程造成影响,分析含0°~90°缺陷砂岩单轴压缩下的声发射能量特征、主频变化及RA-AF值分布。【方法】基于声发射参数探究砂岩的破裂机制、裂纹类型及演化规律并结合扫描电镜探究断口细观形貌特征与宏观断裂之间的联系。【结果】缺陷的存在对砂岩的力学强度具有明显劣化作用,声发射能量的变化存在“波动期、平缓期、剧烈波动期、上升激增期”四个阶段,声发射参数AF主要分布在0~500 kHz之间, RA主要分布在0~2.0 ms·V~(-1)之间,砂岩破裂面断口分为拉裂断口、剪裂断口、拉剪复合型断口三种。【结论】(1)砂岩强度随着裂隙角度增加,整体上呈现增大的趋势;(2)裂纹演化过程可以分为:初始翼型张裂纹-复合类裂纹(0°~45°)→初始反翼型张裂纹-反翼型裂纹(60°~75°)→初始翼型张裂纹-二次翼型裂纹(90°);(3)主频信号中低频占71%~96%,高频占3%~23%,破坏过程主要产生大尺度裂纹;(4)张拉裂纹比例超过70%,剪切裂纹占比在20%附近波动,张拉破坏占主导地位;(5)砂岩破裂面断口以穿晶断裂(TG)为主的同时,伴随着沿晶断裂(IG),完整砂岩主要为穿晶张拉型断裂,含缺陷砂岩主要为穿晶拉剪复合型断裂,砂岩的宏观裂纹断裂形式与微观形貌特征存在对应关系。

关键词(KeyWords): 单轴压缩;声发射;裂纹类型;演化规律;扫描电镜;影响因素;力学性能;砂岩

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目(42007271);; 贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑[2023]一般119)

作者(Author): 吴迪,江兴元,赵珍贤,田俊伟,王福林

DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2025.02.017

参考文献(References):

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