不同低温下冻结砂岩Ⅱ型断裂特性

摘要

西部富水软岩地区进行煤炭开采常采用冻结法施工技术，井筒岩体中的固有裂隙会影响其力学特性，导致发生剪切滑移破坏。为研究低温对冻结砂岩Ⅱ型静态断裂特性的影响，开展了不同温度下饱和以及干燥砂岩的Ⅱ型静态断裂试验，分析了饱和以及干燥砂岩剪应力-位移曲线、应力强度因子-时间曲线以及Ⅱ型静态断裂韧度随温度的变化规律，探究了不同温度下饱和砂岩以及干燥砂岩的能量耗散规律，基于离散元模拟分析了冻结砂岩断裂过程中的裂纹扩展情况与力链分布。结果表明:应力强度因子峰值随着温度的降低而升高，且饱和比干燥状态到达峰值的用时更长;砂岩破坏各部分能量随温度的降低而增大，在负温下饱和状态各部分能量均大于干燥状态;模拟与试验的剪应力-位移曲线较为吻合，证明模拟结果准确，模拟试件总裂纹数随温度的降低而减少，起裂应力水平与应力集中系数均随温度的降低而增大，且岩桥上出现明显的应力集中现象。研究结果有助于预防井筒的剪切滑移破坏，为提高富水软岩地区矿井稳定性提供理论参考。

关键词

Ⅱ型静态断裂 / 冻结砂岩 / 断裂韧度 / 能量耗散 / 断裂面 / 离散元模拟