近疲劳强度循环荷载下粉砂岩强度变化机制

摘要

通过开展不同循环次数的循环加卸载转单调加载试验，结合声发射和CT扫描技术，揭示了近疲劳强度循环荷载作用下泥质石英粉砂岩的细观破裂演化规律、裂隙扩展特征与强度变化机制.结果表明：（1）泥质石英粉砂岩的损伤应力小于疲劳强度，可称损伤应力与疲劳强度之间的应力水平为近疲劳强度.（2）随着循环次数增加，粉砂岩峰值强度先小幅下降后持续增加最终趋于稳定，当一次循环后轴向（体积）变形从压缩（膨胀）转为几乎不变时，可认为粉砂岩的强度从劣化转为强化.（3）单调加载阶段应力接近峰值强度时，粉砂岩中、低频区的声发射信号大幅增加，可将其视为岩石受压破坏的先兆.（4）当循环次数较低时，循环过程中粉砂岩的弱胶结结构断裂，有效承载面积减小，转单调加载后岩石破裂尺度增大、内部裂纹局部集中，发生劣化，呈单斜面剪切破坏.（5）当循环次数较高时，循环过程中粉砂岩胶结强度增加、细观结构更为致密与均匀，有效承载面积增大，岩石内部在泊松效应的影响下持续产生横向拉应力，转单调加载后岩石裂隙尺寸、裂隙密度和破碎程度降低，发生强化，呈张拉–剪切的复合裂隙网络.

关键词

泥质石英粉砂岩 / 循环荷载 / 近疲劳强度 / 细观破裂特征 / 强度变化机制

基金资助

国家自然科学基金资助项目(U2034206,51974014); 国家重点研发计划(2022YFC3004601)