砂岩双面剪切破坏裂纹细观扩展演化特性研究

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岩石是多种矿物的集合体,其组分有矿物晶体、胶结晶体、微裂隙等,岩石的强度依赖于裂隙的增长扩展,岩石的失稳破坏也与其内部微裂隙的分布以及裂纹发育、扩展、贯通等因素相关,裂纹的形成与扩展均伴随有声发射信号产生,声发射作为一种成熟的无损监测技术,它的运用必然对分析岩石失稳破裂演化过程有一定的辅助作用。因此,本文拟以重庆地区三叠系上统的须家河组的砂岩为研究对象,利用自主研发的煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置,运用PCI-2型声发射测试分析系统,对剪切荷载作用下不同含水状态、不同加载速率、不同法向应力条件下砂岩细观开裂扩展时间、空间演化规律、声发射特性进行实时监测,并借助体视显微镜对破坏后的裂纹形态进行放大扫描,以进一步分析岩石双面剪切破坏机理。通过研究发现:  1)在不同含水状态、不同加载速率下的砂岩发生双面剪切破坏时,峰值前表面损伤不明显,试件表面裂纹均出现在剪应力达到峰值前,在不同法向应力下,除了法向应力为0MPa时,其他条件下观测到明显裂纹发生在剪应力达到峰值后;  2)当剪应力达到峰值前,Hit率有一个急剧增加的过程,说明砂岩内部已有裂纹产生,而试件表面并无明显变化,一段时间后才在表面观测到细小裂纹,推测裂纹由内向外扩展;  3)试件发生宏观破坏后,左右两侧裂纹呈八字形或梯形分布,主裂纹基本沿预定剪切面扩展的同时表现出开裂扩展的不规则性,原因在于砂岩内部晶粒间虽存在一定的几何物理性质差异,如矿物颗粒的大小、种类、胶结程度及排列方式,但竖向剪切力引起的岩体内部剪切破坏仍占主导作用;  4)在不同加载速率、不同法向应力下砂岩发生双面剪切破坏时,随着加载速率、法向应力的增大,剪应力逐渐增大,砂岩失稳断裂后左右两侧裂纹形态越复杂。而砂岩在不同相对含水率下发生剪切破坏时,剪应力随相对含水率的增加而减小。
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