正梯度冲击下冻结红砂岩力学性能及损伤效应研究

作者：张慧梅; 陈世官^*; 王磊; 袁超

来源：振动与冲击, 2022, 41(24): 1-10.

DOI：10.13465/j.cnki.jvs.2022.24.001

• 冻结软岩
• 正梯度冲击
• 动态损伤
• 霍普金森压杆试验
• 核磁共振(NMR)试验

随着冻结法立井建设在西部矿区富水地层的大规模运用，研究冻结壁在爆破、机械破岩等不同强度冲击荷载下的力学特性及损伤效应，对解决冻结壁开裂渗水及失稳透水问题具有重要意义。因此，该文章以甘肃省五举煤矿冻结凿井穿越的白垩系富水软岩为研究对象，分析不同冻结温度(25℃,-5℃,-10℃,-15℃和-20℃)红砂岩在正梯度冲击下(即冲击荷载逐渐加强)的动力学特性，同时采用核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术对冲击过程中红砂岩孔隙数量、面积及孔隙度的变化进行检测，分析冻结红砂岩在正梯度冲击作用下的损伤演化规律。结果表明：相较于低、中速率冲击，在高速率冲击时，冻结红砂岩应变率随冻结温度的下降变化明显，温度效应显著；不同冻结温度红砂岩的峰值应力和弹性模量增幅随冲击荷载的升高而增加；峰值应变在-5℃时达到最大值，在-10℃～-20℃随冻结温度的降低其增长趋势逐渐放缓；由T2谱曲线及谱面积可知，在正梯度冲击作用下，温度由25℃下降到-10℃,小孔隙孔径先减小后增大，数量先增加后降低，中、大孔隙孔径及数量则相反，谱面积先降低后升高，由-15℃下降到-20℃,小孔隙数量增加、孔径减小，中、大孔隙数量和孔径均呈小幅稳定增长，谱面积呈小幅增长；采用孔隙度的变化定义岩石损伤度，发现在正梯度冲击作用下，-10℃红砂岩的损伤趋势和损伤度最大，在-5℃～-10℃内出现损伤薄弱区。

• 单位
  土木工程学院; 西安科技大学