单轴压缩过程砂岩破坏特性研究

摘要

岩体灾害孕育过程中引起的岩体变形、破坏,会改变岩体的声学特征,在工程中可通过观测声波在岩石内部传播变化判别岩石的稳定性和承载状况。为了确定砂岩裂纹扩展不同阶段声波传播规律与破坏模式,通过声波监测装置及岩石破裂全过程分析系统RFPA2D研究单轴压缩下砂岩在不同应力水平下波速变化及破坏模式。结果表明:砂岩在进入弹性加载阶段前波幅增速最大,在随后的弹性加载阶段纵波波速增长速度最快,在发生宏观破坏前纵波波速达到最大;根据裂纹应变模型得到裂纹闭合应力σcc约为0.19σc;裂纹起裂应力σci约为0.28σc;在体应变达到极值时,得到试样的损伤应力,砂岩的损伤应力σcd约为0.66σc;由RFPA2D得到由于拉破坏和压剪破坏产生的声发射数,得到在加载初期岩石微裂纹的产生均为压剪破坏,由于压剪破坏产生的剪切面出现时,拉破坏成为主导因素,并导致裂纹扩展及贯通,最终试样失稳破坏。可见砂岩破坏经历的压密阶段—弹性阶段—裂纹稳定扩展阶段—裂纹加速扩展—峰后阶段纵波波速均在增大,破坏模式在加载初期主要为压剪破坏,裂纹扩展阶段主要为拉破坏。此结论可对岩体内部裂隙发育程度做出预测预判,为岩体灾害的防治提供参考。