冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性研究

摘要

研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙，并分析不同围压下裂隙的分布特征；然后，对“天然”分布裂隙进行提取，对其整体旋转0、90°、180°及270°并移植至SHPB(split hopkinson pressure bar)颗粒流数值模型；最后，通过模拟动力加载研究“天然”破裂砂岩的冲击强度与双轴压缩强度、裂隙分布信息、冲击方向等因素之间的对应关系。结果显示：1）当双轴压缩围压较低时，试件滑移面相对清晰；随着围压的增加，滑移面的识别难度加大。2）随着双轴压缩轴压水平及围压的增加，试件冲击强度及其对应的时间基本均呈减小趋势；冲击强度大于20 MPa的试件，其应力–时间曲线在峰前弹性阶段的切线斜率基本一致。3）当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向垂直时，裂隙数量对冲击强度的影响更显著；当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向平行时，裂隙数量对冲击强度的影响相对较弱。4）为深入分析裂隙数量对试件冲击强度的影响，提出分布裂隙数量反值的概念；在不同冲击方向下，分布裂隙数量反值与冲击强度随试件双轴压缩强度的变化基本同步。5）冲击强度对冲击方向的依赖性与宏观破裂面具有重要关联；宏观破裂面的存在能够有效阻隔应力在试件中的传递，从而在不同冲击方向下改变冲击应力的传播路径及范围。

关键词

冲击方向 / “天然”分布裂隙 / 强度特性 / 颗粒流数值模拟 / 裂隙提取、旋转及移植

基金资助

国家自然科学基金项目（52404108;52274145）; 安徽省博士后研究人员科研活动项目（2023B726）; 安徽省高等学校自然科学研究重点项目（2022AH050807）; 矿山建设工程安徽省高校重点实验室开放课题（GXZDSYS2022107）; 安徽理工大学校青年基金项目（QNZD2021–03）;安徽理工大学高层次引进人才科研启动基金项目（2021yjrc16）; 安徽省大学生创新创业训练计划项目（S202410361230;202310361111）