东北大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 564-572.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.014
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张鹏海, 马庆山, 刘溪鸽, 杨天鸿
收稿日期:
2022-12-21
出版日期:
2024-04-15
发布日期:
2024-06-26
作者简介:
张鹏海(1987-),男,辽宁沈阳人,东北大学副教授基金资助:
Peng-hai ZHANG, Qing-shan MA, Xi-ge LIU, Tian-hong YANG
Received:
2022-12-21
Online:
2024-04-15
Published:
2024-06-26
摘要:
利用劈裂法在花岗岩试件中预制不同倾角的Y型组合节理,进行单轴压缩实验,分析组合节理倾角对破坏模式、峰值强度、表面变形场、声发射能量释放特征的影响,探究不同破坏模式下的破坏机理.实验结果表明:1)含Y型组合节理岩石随节理倾角变化呈现整体破坏、楔形体弹射破坏和沿主节理面破坏三种主要模式;2)组合节理夹角、主节理倾角均与岩石强度具有负相关关系;3)破坏模式从整体破坏转变到弹射破坏、沿主节理破坏时,滑移变形集中区域由次节理向主节理转变,AE高能级事件诱发原因由主、次节理压密及滑移错动向主节理压密及滑移错动转变;4)随主节理倾角的不断增大,主节理面上释放的能量更高、能量的分布更加不均匀.
中图分类号:
张鹏海, 马庆山, 刘溪鸽, 杨天鸿. 含Y型组合节理花岗岩单轴压缩破坏机理及声发射特征[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2024, 45(4): 564-572.
Peng-hai ZHANG, Qing-shan MA, Xi-ge LIU, Tian-hong YANG. Uniaxial Compression Failure Mechanism and Acoustic Emission Characteristics of Granite with Y-Type Composite Joints[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 2024, 45(4): 564-572.
弹性 模量 | 泊松比 | 抗压 强度 | 内聚力 | 抗拉强度 | 内部摩擦角/(°) | 基本摩擦角/(°) |
---|---|---|---|---|---|---|
GPa | MPa | MPa | MPa | |||
52.05 | 0.27 | 169.59 | 6.53 | 6.37 | 41.72 | 34.15 |
表1 岩石物理力学参数
Table 1 Physical and mechanical parameters of rock
弹性 模量 | 泊松比 | 抗压 强度 | 内聚力 | 抗拉强度 | 内部摩擦角/(°) | 基本摩擦角/(°) |
---|---|---|---|---|---|---|
GPa | MPa | MPa | MPa | |||
52.05 | 0.27 | 169.59 | 6.53 | 6.37 | 41.72 | 34.15 |
序号 | 试件 | 单轴抗压强度 | 强度折减比 | 角度/(°) | 序号 | 试件 | 单轴抗压强度 | 强度折减比 | 角度/(°) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
% | % | ||||||||||||
1 | sy2.1 | 118.08 | 30.37 | 30 | 50 | 80 | 10 | sy2.1 | 102.12 | 39.78 | 44 | 45 | 90 |
2 | sy2.2 | 121.60 | 28.29 | 30 | 50 | 80 | 11 | sy2.2 | 75.34 | 55.57 | 45 | 45 | 90 |
3 | sy2.3 | 113.34 | 33.17 | 30 | 50 | 80 | 12 | sy2.3 | 37.13 | 78.10 | 45 | 45 | 90 |
4 | sy7.1 | 70.11 | 58.65 | 35 | 45 | 80 | 13 | sy7.1 | 47.08 | 72.23 | 45 | 55 | 100 |
5 | sy7.2 | 97.87 | 42.29 | 35 | 45 | 80 | 14 | sy7.2 | 33.74 | 80.10 | 45 | 55 | 100 |
6 | sy7.3 | 111.37 | 34.33 | 35 | 45 | 80 | 15 | sy7.3 | 51.33 | 69.73 | 45 | 55 | 100 |
7 | sy9.1 | 50.65 | 70.13 | 40 | 50 | 90 | 16 | sy9.1 | 31.74 | 81.28 | 50 | 50 | 100 |
8 | sy9.2 | 110.72 | 34.71 | 40 | 50 | 90 | 17 | sy9.2 | 21.35 | 87.41 | 50 | 50 | 100 |
9 | sy9.3 | 35.55 | 79.04 | 40 | 50 | 90 | 18 | sy9.3 | 11.02 | 93.50 | 50 | 50 | 100 |
表2 岩石单轴抗压强度
Table 2 Uniaxial compressive strength of rock mass
序号 | 试件 | 单轴抗压强度 | 强度折减比 | 角度/(°) | 序号 | 试件 | 单轴抗压强度 | 强度折减比 | 角度/(°) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
% | % | ||||||||||||
1 | sy2.1 | 118.08 | 30.37 | 30 | 50 | 80 | 10 | sy2.1 | 102.12 | 39.78 | 44 | 45 | 90 |
2 | sy2.2 | 121.60 | 28.29 | 30 | 50 | 80 | 11 | sy2.2 | 75.34 | 55.57 | 45 | 45 | 90 |
3 | sy2.3 | 113.34 | 33.17 | 30 | 50 | 80 | 12 | sy2.3 | 37.13 | 78.10 | 45 | 45 | 90 |
4 | sy7.1 | 70.11 | 58.65 | 35 | 45 | 80 | 13 | sy7.1 | 47.08 | 72.23 | 45 | 55 | 100 |
5 | sy7.2 | 97.87 | 42.29 | 35 | 45 | 80 | 14 | sy7.2 | 33.74 | 80.10 | 45 | 55 | 100 |
6 | sy7.3 | 111.37 | 34.33 | 35 | 45 | 80 | 15 | sy7.3 | 51.33 | 69.73 | 45 | 55 | 100 |
7 | sy9.1 | 50.65 | 70.13 | 40 | 50 | 90 | 16 | sy9.1 | 31.74 | 81.28 | 50 | 50 | 100 |
8 | sy9.2 | 110.72 | 34.71 | 40 | 50 | 90 | 17 | sy9.2 | 21.35 | 87.41 | 50 | 50 | 100 |
9 | sy9.3 | 35.55 | 79.04 | 40 | 50 | 90 | 18 | sy9.3 | 11.02 | 93.50 | 50 | 50 | 100 |
图8 整体破坏模式下变形场的演化过程(sy2.3)(a)—0.2 σ; (b)—0.4 σ; (c)—0.6 σ; (d)—0.8 σ; (e)—σ.
Fig. 8 Evolution process of deformation field under overall failure mode (sy2.3)
图9 弹射破坏模式下变形场的演化过程(sy9.1)(a)—0.2 σ; (b)—0.4 σ; (c)—0.6 σ; (d)—0.8 σ;(e)—σ.
Fig. 9 Evolution process of deformation field under ejection failure mode (sy9.1)
图10 沿主节理破坏模式下变形场的演化过程(sy6.2)(a)—0.2 σ; (b)—0.4 σ; (c)—0.6 σ; (d)—0.8 σ; (e)—σ.
Fig. 10 Evolution process of deformation field under failure mode along main joint (sy6.2)
图11 整体破坏AE事件时空分布(sy2.3)注:框选的AE事件为能级大于8的AE高能级事件.下同
Fig. 11 Temporal and spatial distribution of overall failure AE events(sy2.3)(a)—0~0.25 σ; (b)—0.25~0.5 σ; (c)—0.5~0.75 σ; (d)—0.75~1 σ;(e)—0~1 σ.
图12 弹射破坏AE事件时空分布(sy9.1)(a)—0~0.25 σ; (b)—0.25~0.5 σ; (c)—0.5~0.75 σ; (d)—0.75~1 σ;(e)—0~1 σ.
Fig. 12 Temporal and spatial distribution of ejection failure AE events(sy9.1)
图13 沿主节理破坏AE事件时空分布(sy6.2)(a)—0~0.25 σ; (b)—0.25~0.5 σ; (c)—0.5~0.75 σ; (d)—0.75~1 σ;(e)—0~1 σ.
Fig. 13 Temporal and spatial distribution of along the main joint failure AE events (sy6.2)
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