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摘要
综放开采会形成有别于常规三轴压缩的应力路径，为研究综放采动状态下顶板岩体的力学特性，针对特定长度和角度的单裂隙砂岩，进行恒定卸围压同时变速率加轴压的加卸载三轴试验，以模拟综放开采过程中的应力路径，分析单裂隙砂岩的破坏形式，并用超声波实时测试，探究超声波特性和应力应变的关系以及裂纹演化规律。试验结果表明：(1)常规三轴应力路径下，不同长度单裂隙砂岩试件的破坏形式基本为拉-剪复合型破坏，不同角度单裂隙砂岩试件破坏形式包含纯剪切破坏、拉伸破坏、拉-剪复合破坏和X型共轭剪切破坏。加卸载三轴应力路径下，随着裂隙长度增加，破坏形式表现为拉-剪复合型破坏—“X”型非共面剪切破坏—“X”型共面剪切破坏，拉伸裂纹会被次生共面裂纹所替代；裂隙角度是裂隙起裂的诱因，不同角度裂隙砂岩试件破坏形式包含拉-剪复合型破坏、单剪切破坏、“X”型非共面剪切破坏；(2)P波波速能有效反映试件应力水平和细观结构。相较于常规三轴应力路径下整体上P波速度随轴向应变的增大先增大后减少，在加卸载三轴应力路径下，整体上P波速度随轴向应变的增大而增大，但增速随着应力水平的增加而减小；在试件达到屈服点时，试件密度达到最大值，表现为P波波速达到最大值；在试件达到峰值强度附近时，试件内部裂纹交叉和相互联合的现象加剧，表现为P波波速出现明显波动；裂隙长度增大，波速稳定段逐渐减小，裂隙角度增大，波速稳定段先增大后减小；(3)根据波速反映的裂纹宽度变化，常规三轴应力路径下裂纹演化阶段可分为裂纹压密阶段、裂纹发展阶段、裂纹稳定阶段和破坏后失稳阶段4个阶段，加卸载三轴应力路径下则分为裂纹压密阶段、裂纹稳定阶段和裂纹扩展阶段3个阶段，裂纹稳定阶段随裂隙长度增加整体上呈现减小趋势，裂隙角度对裂纹稳定阶段基本没有影响。
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单位煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室; 重庆大学
