预制裂隙类岩石试件表面变形场演化与裂隙扩展机理研究

TD313; 我国东部矿区相继进入深部开采阶段,裂隙发育程度升高,开采扰动效应增强,围岩控制难度增大.为研究含裂隙岩石破坏机理,提高深部围岩控制效果,采用单轴抗压试验结合DIC技术研究了裂隙倾角对类岩石试件力学特性、表面变形场、裂隙扩展路径的影响.结果表明:预制裂隙与翼裂纹产生剪切互锁效应,含裂隙岩石应力-应变曲线呈双峰形态;裂隙倾角增大,岩石弹性模量和损伤程度升高,单轴抗压强度先降低后升高;确定了单轴抗压强度与裂隙倾角的定量关系,定义了含裂隙岩石破坏优势倾角,张开型裂隙优势倾角为45°;含裂隙岩石变形局部化现象始现于裂隙尖端,拉应力主导型启动应力为初始屈服强度的 80%,剪应力主导型降至 6...

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Published in煤炭科学技术 Vol. 51; no. 10; pp. 72 - 82
Main Authors 王兆会, 孙文超, 王雪冰, 乔博锴
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院,北京 100083 01.10.2023
放顶煤开采煤炭行业工程研究中心,北京 100083%中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院,北京 100083
Subjects
strain localization
DIC技术
预制裂隙
fracture propagation
DIC technique
表面应变场
surface strain field
应变局部化
pre-existing fracture
裂隙扩展
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ISSN0253-2336
DOI10.13199/j.cnki.cst.2022-1447

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Summary:TD313; 我国东部矿区相继进入深部开采阶段,裂隙发育程度升高,开采扰动效应增强,围岩控制难度增大.为研究含裂隙岩石破坏机理,提高深部围岩控制效果,采用单轴抗压试验结合DIC技术研究了裂隙倾角对类岩石试件力学特性、表面变形场、裂隙扩展路径的影响.结果表明:预制裂隙与翼裂纹产生剪切互锁效应,含裂隙岩石应力-应变曲线呈双峰形态;裂隙倾角增大,岩石弹性模量和损伤程度升高,单轴抗压强度先降低后升高;确定了单轴抗压强度与裂隙倾角的定量关系,定义了含裂隙岩石破坏优势倾角,张开型裂隙优势倾角为45°;含裂隙岩石变形局部化现象始现于裂隙尖端,拉应力主导型启动应力为初始屈服强度的 80%,剪应力主导型降至 60%;变形集中带扩展路径与表面裂隙一致,应变值达到 5.0%时,岩石变形由局部集中向裂隙发育阶段过渡;预制裂隙倾角为 60°和 75°时,岩石发生拉剪混合破坏,其他角度发生拉伸破坏;拉伸裂隙孕育时间长,两侧特征点水平位移曲线相互分离,剪切裂隙孕育时间短,两侧特征点纵向位移曲线相互分离;构建了预制裂隙类岩石试件GBM模型,岩石内部微裂纹以拉伸型为主,剪切型微裂纹随预制裂隙倾角增大呈先增多后减少趋势;DIC技术可预判岩石起裂位置、时间和裂隙扩展路径,为深部岩石破坏防控提供前兆信息.
ISSN:0253-2336
DOI:10.13199/j.cnki.cst.2022-1447