预制裂纹砂岩样力学特性与能量演化规律研究

王耀强

(煤炭科学技术研究院有限公司， 北京 100013)

0 引言

国家煤炭工业“十四五”规划指出，煤炭仍是我国的主体能源[1]。煤炭开采过程中岩体力学性状受断层与节理的尺度与角度等地质构造因素影响[2-3]，其破坏过程中的裂纹扩展与力学行为具有非均匀性特征。研究大尺度裂纹岩体破坏过程中的损伤特性与能量转移耗散规律对地质构造影响下的巷道支护设计、矿压控制等具有一定理论指导意义。

众多专家学者对单条和多条预制裂纹岩样的强度与裂纹扩展规律进行了研究，揭示了新生裂纹萌生、扩展与贯通机制[4-6]；同时，对岩样单轴和三轴压缩条件下的能量变化规律、煤岩组合体加卸载过程中的能量演化机制及破坏规律、非贯通节理岩样的能量转化特征等进行了系统研究，探讨了岩样破坏的能量驱动机制[7-11]。

上述研究主要针对小尺度预制裂纹岩样，而在实际工程实践中岩体地质构造尺度与产状均较大，相较于完整岩体，其受采动影响后的破碎程度与动力灾害发生可能性均较大。因此，本文以预制裂纹岩样为研究对象，开展大尺度预制裂纹岩样的单轴压缩试验，研究岩样力学损伤特性及应力-应变全过程的总应变能、弹性应变能、耗散应变能、峰后释放应变能与盈余应变能随预制裂纹倾角变化的演化规律。

1 试验方案

试验所用岩石取自淮南矿业(集团)有限责任公司潘北煤矿细砂岩层，利用岩石取芯机、切石机和磨……