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对取自东北部和西部侏罗白垩系煤矿中粒砂岩进行镜下观察,对比其矿物颗粒,胶结成分和结晶程度上的异同点,进行了三轴压缩试验和循环加载声发射试验,分析东北部和西部砂岩的强度和能量耗散特征,并用Kaiser效应和加卸载响应比理论研究了循环加载中的声发射规律。试验表明:以钙质胶结为主的东北部砂岩在Mohr-Coulomb准则下承载能力高于以钙泥质胶结为主的西部砂岩,随着压力的增大,耗散能所占比例呈现迅速降低、稳定、缓慢升高的趋势,且同等应力水平下东北部砂岩耗散能低于西部砂岩,Kaiser效应往往出现在低应力的弹性阶段,且在东北部砂岩中出现的频率和持续阶段要高于西部砂岩,加卸载响应比则出现急剧降低、缓慢平稳下降的趋势,在强度峰值点达到最小值,且东北部砂岩的加卸载响应比低于西部砂岩。东北部和西部砂岩的胶结物中泥质含量和重结晶成岩程度是产生上述力学性质和能量耗散特征差异的根本原因。
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第
42
卷第
2
期
煤 炭 学 报
Vol. 42 No. 2
2017
年
2
月
JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
Feb. 2017
赵永
川
,
刘洪磊
,
杨天鸿
,
等
.
中生代砂岩细观结构对强度和能量耗散的影响
[J].
煤炭学报
,2017,42( 2) : 4
52 - 459. doi: 10. 13225 /
j. cnki. jccs. 2016. 6025
Zhao Yongchuan,Liu Honglei,Yang Tianhong,et al. Effect of mesozoic sandstone meso structure on strength and energy dissipation charac-
teristic[J]. Journal of China Coal Society,2017,42( 2) : 452 - 459. doi: 10. 13225 /j. cnki. jccs. 2016. 6025
中生代砂岩细观结构对强度和能量耗散的影响
赵永
川
1,2
,
刘洪
磊
1,2
,
杨天
鸿
1,2
,
徐 涛
1,2
,
李 杨
1,2
,
侯宪
港
1,2
,
秦 涛
1,2
( 1.
东北
大学 资源与土木工程学院 岩石破裂与失稳研究所
,
辽宁 沈阳
110819; 2.
东北大学 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室
,
辽宁
沈阳
110819)
摘 要
:
对取自东北部和西部侏罗白垩系煤矿中
粒砂岩进行镜下观察
,
对比其矿物颗粒
,
胶结成分
和结晶程度上的异同点
,
进行了三轴压缩试验和循环加载声发射试验
,
分析东北部和西部砂岩的强
度和能量耗散特征
,
并用
Kaiser
效应和加卸载响应比理论研究了循环加载中的声发射规律
。
试验
表明
:
以钙质胶结为主的东北部砂岩在
Mohr - Coulomb
准则下承载能力高于以钙泥质胶结为主的
西部砂岩
,
随着压力的增大
,
耗散能所占比例呈现迅速降低
、
稳定
、
缓慢升高的趋势
,
且同等应力水
平下东北部砂岩耗散能低于西部砂岩
,Kaiser
效应往往出现在低应力的弹性阶段
,
且在东北部砂岩
中出现的频率和持续阶段要高于西部砂岩
,
加卸载响应比则出现急剧降低
、
缓慢平稳下降的趋势
,
在强度峰值点达到最小值
,
且东北部砂岩的加卸载响应比低于西部砂岩
。
东北部和西部砂岩的胶
结物中泥质含量和重结晶成岩程度是产生上述力学性质和能量耗散特征差异的根本原因
。
关键词
:
细观结构
;
能量耗散
;
声发射
; Kaiser
效应
;
加卸载响应比
中图分类号
: TD315
文献标志码
: A
文章编号
: 0253 - 9993( 2017)
02 - 0452 - 08
收稿
日期
: 2016
-
07
-
28
修回
日期
: 2016
-
10
-
12
责任
编辑
:
许书阁
基金项目
:
国家重点基础研究发展计划
( 973 )
资助项目
( 2013CB227902) ;
国家自然科学基金资助项目
( 51404067) ;
国家重点研发计划资助项
目
( 2016YFC0801602)
作者简介
:
赵永川
( 1989—) ,
男
,
河北沧州人
,
博士研究生
。E - mail: yongchuanzhao@ sina. com。
通讯作者
:
刘洪磊
( 1981—) ,
男
,
山东枣庄人
,
讲师
。E - mail: lhl811215@ 163. com
Effect of mesozoic sandstone meso structure on strength and
energy dissipation characteristic
ZHAO Yong-chuan
1,2
,LIU Hong-lei
1,2
,YANG Tian-hong
1,2
,XU Tao
1,2
,LI Yang
1,2
,HOU Xian-gang
1,2
,QIN Tao
1,2
( 1 . Center of R ock Instability and Seismicity Research,School of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819,China; 2. Key
Laboratory of Ministry of Education on Safe Mining of Deep Metal Mines,Northeastern University,Shenyang 110819,China)
Abstract: The mesozoic medium particle sandstone slices of northeastern and western coal mines w ere observed under
microscope,and the mineral particles,cementing composition and crystallization degree were analyzed for the following
triaxial cell loading and cyclic loading acoustic emission ( AE) experiments. The variation laws of strength criterion,
dissipated energy,Kaiser effect and load /unload response ratio ( LURR) were discussed. The results show that the
northeastern calcareous cemented sandstones show a higher strength than that of the western calcareous argillaceous
cemented specimens by the Mohr-Coulomb criterion. At the equal stress level the northeastern sandstone elastic energy
is higher and the dissipated energy is lower comparing with western sandstone. During the cyclic loading,the Kaiser
effect usually occurs at the elastic stage within low stress level,and the northeastern specimens contains more Kaiser
points than that of western specimens. As the stress increases,the LURR decreases sharply at low stress stage,then de-
clines steadily,and reaches minimum at the peak strength,moreover the northeastern sandstone LURR is lower than
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