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采矿与岩层控制工程学报2025年第03期:干湿循环作用下砾岩力学特征及损伤劣化机理试验研究

来源:期刊VIP网 时间:


作者:陈绍杰;薛守振;尹大伟;王亚博;屈晓;马宏发;

单位:山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地;

摘要:为研究干湿循环作用下砾岩试样力学特征及损伤劣化机理,开展了不同干湿循环次数(0~4次,干湿循环周期10 d)下砾岩试样单轴压缩试验,分析了试样强度、变形破坏等特征,明确砾岩试样力学性能的劣化影响;建立了干湿循环前、后及过程中砾岩试样损伤劣化模型,从细观结构和组分变化方面揭示了砾岩试样损伤劣化机理。试验结果表明:(1)砾岩试样力学性能随着干湿循环次数的增加逐渐降低,在峰后阶段单轴压缩应力–应变曲线由陡峭式下降转变为延展性下降,试样塑性破坏程度增大,其破坏模式由拉伸破坏向剪切弹射式破坏转变。(2)随着干湿循环次数的增加,砾岩试样形成变形局部化带时间提前且数量增多,试样声发射振铃计数突增;在峰前阶段弹性能密度下降导致试样峰值应力降低,在峰后阶段释放能密度上升导致试样破碎程度增大。(3)在干湿循环过程中,高岭石、伊利石等矿物被溶蚀,砾岩试样内部缺陷不断扩张、收缩,与XH–0d组试样相比,破裂断口处平均孔隙率分别上升了6.96%,14.41%, 24.00%和48.10%;随着干湿循环次数的增加,砾岩试样损伤加剧,有效承载结构面积下降,导致其力学性能劣化。研究成果能够为保障煤层安全开采提供一定参考。

关键词:干湿循环;;强度特征;;变形破坏;;能量演化;;组分变化;;劣化机理

基金资助:国家自然科学基金联合基金重点资助项目(U23A20600);国家自然科学基金资助项目(52274128);; 泰山学者工程专项经费资助项目(tsqn202306199)