煤炭科学技术

作者：刘德俊, 浦海, 沙子恒, 许军策,

关键词：岩石力学, 冻融循环, 动态拉伸, 应变率效应, 宏细观破碎特征,

我国西部地区受冻融循环作用的影响较大，岩石在经历冻融循环作用后其内部温度应力造成岩石结构性损伤，岩石物理力学性质产生显著的变化，进而会影响岩石工程的安全性和可靠性。为研究冻融循环对岩石动态拉伸力学性能的影响，选用新疆典型寒冻地区砂岩，利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统，对不同冻融循环次数（0、5、10、15、20和25次）后的试样进行动态巴西圆盘试验；并利用SEM电镜扫描和高速摄像机分析冻融循环对试样宏细观破碎特征的影响，在此基础上对冻融循环作用机制进行讨论。结果表明：冻融循环对砂岩动态抗拉强度有很大影响，冻融循环后试样结构损伤，力学性能劣化。随着冻融循环次数的增加，试样结构损伤和力学性能劣化加剧。动态抗拉强度随冻融循环次数的增加逐渐降低，循环25次之后，降低幅度约为50%。同一冻融循环次数下，动态抗拉强度具有明显的应变率增强效应。不同冻融循环次数后砂岩破碎特征差异明显，低应变率和高应变率下分别出现剥落式破坏和颗粒状粉碎破坏。从微观角度，冻融循环主要对岩石矿物颗粒、胶结物质、孔隙面积产生影响，削弱了岩石颗粒间的黏结力，同时在岩石内部产生不同形式的断裂裂纹；冻融循环作用产生的冻胀力与孔隙间水压力导致岩石内部出现损伤，使得宏观上表现出强度的下降。

来源：2022年第8期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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