循环冲击下平行裂隙砂岩动态破坏的围压效应

摘要

在自然环境下，岩体通常包含多个裂隙，其中部分裂隙呈平行分布。在地下工程中，这些裂隙岩体不仅受到自重等静荷载作用，还持续受到凿岩、爆破等动荷载的影响，岩体稳定性面临严峻挑战。为此，利用分离式霍普金森压杆对平行裂隙砂岩开展不同围压（4,8,12,16,20 MPa）条件下的循环冲击试验，并对其动力学特性、能量耗散及损伤演化规律进行了研究。结果表明：在围压一定的情况下，平行裂隙砂岩的动态峰值应力随循环冲击次数的增加而持续降低，二者呈现显著的线性负相关关系。随着围压的升高，相同循环次数下的裂隙砂岩峰值应力先增大后减小，达到破坏所需的循环冲击次数也呈现先增加后减少的趋势，其中12 MPa围压下裂隙砂岩破坏所需的循环次数最多。在循环冲击过程中，反射能占比不断降低，从最高的27%降至12%，降低了15%；透射能占比则不断升高，从最低的41%提升至55%，增加了14%；吸收能占比始终保持在33%～35%之间，受围压和循环次数的影响较小。此外，裂隙砂岩累积损伤程度随循环冲击的进行逐渐加剧，在围压为4～16 MPa条件下累积损伤的最大值为0.137～0.165，其中围压为4 MPa时累积损伤最大（0.165），围压为20 MPa时累积损伤最小（0.092）。在循环冲击过程中，初始冲击阶段和临近破坏阶段的损伤累积速度显著加快，单次冲击对砂岩的损伤作用较大。

关键词

霍普金森压杆 / 平行裂隙砂岩 / 围压 / 循环冲击 / 动力学特性 / 损伤规律