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作者：刘刚;王盛旋;王冬伟;昝永龙;
单位：黑龙江科技大学黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室;黑龙江科技大学矿业工程学院;宝泰隆新材料股份有限公司;
摘要：为探索非均匀应力对岩石损伤破坏的影响及分区演化规律,对含缺陷砂岩在非均匀应力作用下的力学响应特征与能量演化规律进行研究,剖析非均匀应力作用下岩石的强度与变形特性,结合声发射特征参数与岩石破坏形态,深入分析不同缺陷形态砂岩的损伤演化阶段及特征,并探寻全过程的能量转化机制。研究结果表明,低应力区域下应力-应变曲线阶段与试样整体曲线高度契合,砂岩的残余应力波动特征与高、低应力区域曲线高度一致;砂岩整体承载能力越高,应力区域间峰值差值越大。高应力区域圆形缺陷砂岩峰值处呈现低应力高变形,梯形与矩形缺陷砂岩峰值处呈现高应力低变形;低应力区域初期变形场易交叉,梯形缺陷砂岩径向变形最大,圆形缺陷砂岩轴向变形最.大、矩形缺陷砂岩最小。高应力区域应变曲线“内收”,低应力区域“外扩”。矩形和圆形缺陷砂岩声发射振铃计数呈“先增后减再增”趋势,梯形缺陷砂岩则呈“持续上升、多点突增”趋势,整体呈“密集-稀疏-再密集”变化特征。初始阶段矩形缺陷形态砂岩产生较多剪切裂纹,圆形和梯形缺陷砂岩较少,并随着应力的增加, 3种缺陷形态试样中剪切裂纹呈现增长趋势,砂岩破裂模式以剪切破坏为主。高应力区域剪切裂纹数量多且易形成连通裂纹,低应力区域裂纹较少且多为拉伸裂纹。高应力区域“效能”占比高于低应力区域,低应力区域弹性变形能占比高于高应力区域,其中含圆形缺陷砂岩最为显著。高应力区域耗散能稳定增长,低应力区域增长减缓;耗散能积聚曲线在高应力区域呈“加速、匀速、减速”趋势,低应力区域耗散能呈“先加速后减速再加速”趋势。研究成果为非均匀应力条件下围岩控制提供了一定的基础。
关键词：非均匀应力;;缺陷形态;;声发射;;变形破坏;;能量演化
基金资助：黑龙江省自然科学基金优秀青年基金资助项目(YQ2023E039);; 国家自然科学基金资助项目(52374199)
