煤炭科学技术

作者：张二锋, 刘慧, 康跃明, 杨金虎,

关键词：冻融, 受荷, 岩石力学, 统计损伤, 本构模型,

在西部地区矿产资源开发和工程建设中，砂岩作为主要的工程地质含水层之一，冻融环境影响砂岩的力学及变形特性。为研究受冻融环境影响下受荷岩力学性能的劣化和损伤特性，以陕西地区红色细砂岩为研究对象，开展0、5、10、20和30次冻融循环试验和单轴压缩试验，获得冻融后砂岩的单轴压缩全过程应力–应变曲线和力学特征参数，对冻融岩石进行力学特征参数分析，建立冻融环境下岩石力学性能的劣化模型；基于冻融环境对岩石损伤的影响，考虑岩石在变形阶段中压密阶段的特点，建立考虑压密阶段修正统计损伤本构模型。结果表明：随着冻融循环次数的增加，岩石压密阶段的占比越来越大，峰值应也变逐渐增大，冻融循环前30次岩石发生脆性破坏，冻融循环30次后岩石脆性明显减弱，应变软化阶段明显；冻融循环前10次，力学特征参数损失率增长较快，之后明显减缓；冻融循环30次之后，峰值强度损失率为47.27%，弹性模量损失率为60.35%；其中力学特征参数损失率与冻融循环次数成一次线性增长，在建立的力学性能劣化模型中，冻融后岩石力学性能占比成指数递减，利用冻融环境下岩石的孔隙特征，可准确预测岩石在冻融环境作用下的峰值强度和弹性模量；考虑压密阶段的修正统计损伤本构模型与试验曲线拟合度更高，修正理论模型可对冻融受荷岩石力学性能劣化和损伤预测提供借鉴。

来源：2024年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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