【摘 要】
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近年来,我国矿产资源开发、基础设施和民生工程建设等大型工程项目正如火如荼的进行,层状岩体在这些工程开发建设中扮演着重要的角色。大量工程实践表明,岩体失稳、顶板坍塌、岩爆等工程灾害的发生与层状岩体拉伸力学特性和工程循环扰动荷载密切相关。为有效规避此类工程灾害发生,给工程设计优化提供理论参考,亟需开展循环扰动荷载下层状岩石拉伸力学特性的研究。本文以工程中常见的层状砂岩为研究对象,开展了常规加载和梯级循
【基金项目】
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重庆英才计划“包干制”项目(cstc2022ycjh-bgzxm0077); 国家自然科学基金面上项目(5197040882,52074041); 重庆市自然科学基金面上项目(cstc2020jcyj-msxmX0836); 中央高校基本科研业务费(2020CDJ-LHZZ-002);
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近年来,我国矿产资源开发、基础设施和民生工程建设等大型工程项目正如火如荼的进行,层状岩体在这些工程开发建设中扮演着重要的角色。大量工程实践表明,岩体失稳、顶板坍塌、岩爆等工程灾害的发生与层状岩体拉伸力学特性和工程循环扰动荷载密切相关。为有效规避此类工程灾害发生,给工程设计优化提供理论参考,亟需开展循环扰动荷载下层状岩石拉伸力学特性的研究。本文以工程中常见的层状砂岩为研究对象,开展了常规加载和梯级循环加卸载条件下的室内和数值模拟三点弯曲试验,对层状砂岩拉伸破坏的力学特性、声发射特征规律、细观微裂纹扩展规律和层理效应进行了研究,取得的主要结论如下:(1)不同类型荷载下,随着层理面倾角的增大,层状砂岩的破坏强度均表现出先大幅减小后再小幅增加的变化趋势,层状砂岩的破坏模式由基岩拉伸破坏转变为基岩和层理面共同失效破坏再转变为岩石层理面的拉伸破坏。循环荷载对峰值强度、破坏模式影响较小但对其变形特征影响显著,循环荷载作用下残余变形呈现阶梯式递增变化趋势。(2)声发射振铃计数、能量计数和损伤参数能够较好的反映层状砂岩三点弯曲破坏特性,声发射事件时空分布特征与层状砂岩破坏模式和力学特性相关。破坏时刻,声发射r值直线下降,其它声发射特征参数跳跃式增长,表现出显著的脆性破坏特征。此外,梯级循环加卸载条件下,振铃计数率和能量计数率均在各梯级加载初期表现出大幅度增长,累计振铃计数和累计能量计数则表现出明显的阶梯式递增,相应的损伤曲线也呈现出梯级增长趋势。(3)不同层理面倾角模型在破坏过程中位移场和接触力场演化规律大部分相似,接触力场以三个加载点为顶点形成三角形力链,层理面区域接触力相对较小,试件变形从上加载点向下再向左右两边增大,裂纹均从试件下部向上加载点扩展,但受层理面倾角的影响裂纹扩展轨迹差异显著。(4)层理间距、层理强度、层理位置、层理倾角对层状砂岩三点弯曲拉伸破坏强度特性和破坏形态影响显著。层理间距越大、层理强度越强,峰值荷载越大;层理倾角和层理位置决定主裂纹的位置和破坏形态。此外,梯级循环荷载的作用对相同层理特性层状砂岩峰值荷载、破坏形态的影响较小,但对变形特征影响显著,且会增大层理间距、层理强度对试件强度和变形的影响。
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