• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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蔚立元, 武东阳, 苏海健, 袁紫宸, 鞠明和. 动态恒速剪切下砂岩粗糙结构面的力学行为及嗣后渗流特性[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2024-0417
引用本文: 蔚立元, 武东阳, 苏海健, 袁紫宸, 鞠明和. 动态恒速剪切下砂岩粗糙结构面的力学行为及嗣后渗流特性[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2024-0417
Study on the mechanical behavior and subsequent seepage characteristics of rough structural planes in sandstone under dynamic and constant shear rate[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2024-0417
Citation: Study on the mechanical behavior and subsequent seepage characteristics of rough structural planes in sandstone under dynamic and constant shear rate[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2024-0417

动态恒速剪切下砂岩粗糙结构面的力学行为及嗣后渗流特性

doi: 10.11883/bzycj-2024-0417
基金项目: 国家自然科学基金(52179118);国家自然科学基金(52274100);

Study on the mechanical behavior and subsequent seepage characteristics of rough structural planes in sandstone under dynamic and constant shear rate

  • 摘要: 为了探究岩石粗糙结构面的动态剪切力学响应以及损伤结构面渗流特性,采用动态恒速剪切系统对砂岩粗糙结构面开展不同剪切速率条件下的剪切力学试验,分析了剪切速率v以及粗糙度系数JRC对砂岩结构面峰值剪切强度以及滑移特征的影响。此外,利用三维扫描技术获得粗糙结构面剪切前后的损伤特征,并开展不同围压条件下的渗流试验,探究损伤结构面嗣后渗流特性。剪切试验结果表明,砂岩结构面的动态峰值抗剪强度随着剪切速率的增加而降低。随着剪切速率由50 mm/s增加至210 mm/s,粗糙度系数为12.43±1.06的砂岩结构面峰值抗剪强度由8.49 MPa下降至6.88 MPa。在相同剪切速度条件下,砂岩结构面的动态峰值抗剪强度随着结构面粗糙度的增加而增大。三维扫描结果表明,砂岩结构面高程分布频率均随着剪切速度的增加而下降。相同粗糙度条件下,结构面损伤程度随着剪切速率的增加而加剧,使得裂隙开度降低,进而降低结构面的渗透性能。渗流试验结果表明,动态剪切作用对结构面渗流特性具有显著影响,损伤后的砂岩结构面水力梯度和体积流量具有非线性关系,符合Forchheimer方程。Forchheimer方程线性系数a和非线性系数b均随着剪切速率的增加而增大。当剪切速率从50 mm/s增加至210 mm/s时,线性系数ab增加幅度分别为68%和229%。此外,随着剪切速率的增加,结构面水力开度下降,损伤结构面渗透系数呈下降趋势。
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-10-30
  • 网络出版日期:  2025-01-21

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