岩体在长期的地质作用下产生的节理、裂隙、断层等不连续结构面严重影响岩体工程的稳定性,其强度、变形和破坏模式等力学性能均受裂隙(裂隙倾角、裂隙连通率、裂隙间距等)的影响,岩体工程失稳破坏与其内部裂隙的萌生、扩展有关。近年来,利用声发射技术探究岩体的破坏机理成为国内外学者研究的热点内容,岩石在在荷载作用下,其内部裂隙的产生、扩展和贯通时会以弹性波的形式释放能量,因此利用声发射技术可以更好的分析裂隙岩体的损伤机理和演化规律。由于声发射技术受软岩强度、孔隙度、胶结程度等多方面的影响,声发射技术多应用于硬岩(强度大于30MPa)的研究,而在裂隙软岩方面的研究较少。
课题组针对裂隙软岩的研究开展了单轴压缩-声发射试验和不同围压下三轴压缩试验,进一步探讨裂隙倾角和连通率对软岩的应力-应变声发射曲线、峰值强度及应力损伤、力学参数的影响。研究表明,裂隙软岩试件的应力-应变声发射曲线与完整试件具有相似的变化阶段,即压密阶段、弹性变形阶段、裂隙稳定发展阶段及裂隙非稳定发展阶段。由于裂隙损伤原理,裂隙软岩试件的峰值强度均不同程度的低于完整软岩试件,根据其强度折减系数,可以计算裂隙软岩试件的峰值强度。此外,在三轴压缩条件下,类软岩试件的峰值强度受围压影响显著,随着围压增大,峰值强度呈增大的趋势,而峰值强度下降率随围压的增大而减小;同时受裂隙倾角和连通率的共同影响,试件的峰值强度也表现出一定的变化规律,且裂隙软岩的抗剪强度参数—黏聚力和内摩擦角受裂隙倾角和连通率的共同影响。
裂隙岩体声发射特征曲线
相关研究得到了国家重点研发计划项目(No. 2019YFC1509704)和国家自然科学基金项目(U1704243)的支持。成果论文发表在地学领域优秀期刊Scientific Reports上。
论文链接:https://doi.org/10.1038/s41598-022-12152-1