单轴压缩条件下不同裂隙角度砂岩渐进破坏与能量演化

贾康杰; 吉东亮; 李皓; 袁维; 冯怀平; 李晓斌

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2505447

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (24) :10330-10341 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2505447

矿冶工程

单轴压缩条件下不同裂隙角度砂岩渐进破坏与能量演化

贾康杰 ¹ ,
吉东亮 ¹^,^* ,
李皓 ¹ ,
袁维 ¹ ,
冯怀平 ¹ ,
李晓斌 ²

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Progressive Failure and Energy Evolution of Sandstone with Different Fracture Angles under Uniaxial Compression

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摘要

为了研究裂隙倾角对岩石力学性能以及破坏过程中能量演化机制的影响,采用PFC构建含不同裂隙倾角的砂岩试样,模拟其在单轴压缩条件下的力学行为并分析各裂隙角度对岩体的作用机理。结果表明,随着裂隙倾角增大,试样的峰值应力逐步增加,峰值应变先减小后增大,呈现“V”字形变化趋势;在加载过程中,裂纹数量整体随裂隙倾角增大呈增加趋势,裂纹分布角度随裂隙倾角变化而偏移,展现了不同倾角下破坏模式的转变过程;试样内部接触力与裂纹演化密切相关,内部接触力集中区域首先发生断裂,接触力逐渐减弱直至完全失效;不同倾角裂隙试样的声发射经历平静期、活跃期和剧烈期,应力到达峰值后声发射活动加剧,裂纹扩展加快,声发射事件数突增可作为破坏预警依据;最后,随着裂隙倾角的增大,试样吸收的总能量以及峰值应力对应的弹性能均呈增加趋势。从裂纹演化、接触力重构与能量分配三方面揭示了裂隙倾角对岩体破坏模式及强度演化的控制机制,为节理发育岩体的破坏预测与稳定性评价提供了依据。

Abstract

To investigate the influence of fissure inclination on the mechanical properties and energy evolution mechanisms of rock during failure, the PFC was employed to establish sandstone specimens containing prefabricated fissures with different inclination angles. The mechanical behavior of these specimens under uniaxial compression was simulated, and the corresponding influence mechanisms of fissure orientation on rock mass response were analyzed. The results indicate that the peak stress of the specimens gradually increases with increasing fissure inclination angle, whereas the peak strain first decreases and then increases, exhibiting a distinct V-shaped variation trend. During the loading process, the total number of cracks generally increases with fissure inclination, while the orientation distribution of cracks shifts correspondingly, reflecting the transition of failure modes under different fissure angles. The internal contact force network is closely associated with crack evolution, with fracture initiation occurring preferentially in regions of concentrated contact forces. As loading progresses, the contact force chains gradually weaken and eventually lose their load-bearing capacity. Acoustic emission (AE) activity of specimens with different fissure inclinations can be divided into three stages: a quiet stage, an active stage, and an intense stage. After the stress reaches its peak value, AE activity increases significantly, accompanied by rapid crack propagation and a sharp rise in AE events, indicating that AE characteristics can serve as an effective precursor for failure warning. With increasing fissure inclination, both the total absorbed energy and the elastic strain energy at peak stress show an increasing trend. The controlling mechanisms of fissure inclination on rock failure patterns and strength evolution was revealed from the perspectives of crack propagation, contact force reconstruction, and energy partitioning. The findings provide a theoretical basis for failure prediction and stability assessment of jointed rock masses.

Graphical abstract

关键词

裂隙倾角 / 渐进破坏 / 破坏机制 / 能量演化

Key words

fracture inclination angle / progressive failure / failure mechanism / energy evolution

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贾康杰, 吉东亮, 李皓, 袁维, 冯怀平, 李晓斌. 单轴压缩条件下不同裂隙角度砂岩渐进破坏与能量演化[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(24): 10330-10341 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2505447

JIA Kang-jie, JI Dong-liang, LI Hao, YUAN Wei, FENG Huai-ping, LI Xiao-bin. Progressive Failure and Energy Evolution of Sandstone with Different Fracture Angles under Uniaxial Compression[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(24): 10330-10341 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2505447

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隧道工程技术如今在交通、水利方面应用广泛,与此同时围岩稳定性问题日益凸显。复杂地质条件下的隧道施工,岩体普遍存在非均质性和各向异性。裂隙、节理等结构面容易在外部荷载或施工扰动下发生扩展,进而引发局部破坏或整体失稳。隧道表层岩体多存在不同方向裂隙,裂纹扩展规律和力学响应尤为复杂。因此,研究不同裂隙参数对隧道表层岩体力学性能的影响,不仅能够为隧道工程的设计、施工提供重要依据,还能为隧道破坏模式的预测和灾害防治提供科学支持。

近年来,中外学者对裂隙、节理岩体开展了试验及模拟研究。在试验研究方面,文献[1 -3]通过试验探究出单裂隙不同倾角对岩石的影响。岩石随预制裂隙倾角变化,强度及破坏阶段呈现规律性。对于平行分布多裂隙岩体,陈新等^[4]通过对不同预置裂隙连通率石膏试件的单轴压缩试验发现,连通率增大,使强度和弹性模量降低,并且受节理倾角影响。为了更深入地理解裂隙角度如何具体影响岩石强度,分析裂纹的萌生、扩展等过程尤为重要。王卫华等^[5]通过室内试验,将岩石在加压过程中的岩石破坏过程同裂纹衍生结合,使各阶段岩石破坏特征更为具体。在明确了裂隙角度对岩石强度的影响机制后,进一步聚焦于裂纹本身的特征及其行为,以更全面地理解岩石的力学响应。赵程等^[6]分析了不同倾角裂隙岩石在加压过程中,裂纹的扩展过程和破坏模式,揭示了单裂隙对岩石变形特性的影响。此外,自然界岩石中往往存在多个裂隙,分布形式可能为交叉裂隙、含岩桥裂隙。裂隙之间相互作用会显著改变裂纹的扩展行为。因此,有必要进一步探讨多裂隙岩石中的裂纹扩展机制。余伟健等^[7]通过对交叉裂隙试样进行单轴压缩试验得到,随着裂隙增加,岩体强度与弹性模量降低,次裂隙对试样起裂有导向作用,主要在次裂隙尖端产生。杨大方等^[8]分析了含岩桥裂隙试块在单轴压缩下,不同岩桥倾角及宽度对砂岩试样裂纹破坏及破坏模式的影响。声发射(acoustic emission, AE)信号与裂纹扩展过程紧密相关。通过分析AE特征,可进一步揭示裂纹扩展的内在机制。陈颙^[9]通过引入声发射,对地震裂缝的变化进行分析,阐述了声发射的工作机理,以及裂纹扩展下声发射信号的变化特征。文献[10 -12]通过研究完整岩石在单轴压缩下,岩石破坏过程,并利用声发射信号记录裂纹扩展特征。文献[13 -15]结合声发射信号,分析含预制裂隙岩石的裂纹扩展变化规律。文献[16-17]通过单轴压缩下完整岩石强度变化,引入能量演化过程,分析岩石在破坏阶段能量的积累及耗散。在此基础上,闻磊等^[18]分析了含裂隙岩石条件下不同裂隙角度岩石裂纹扩展及能量的演化过程。

为进一步探讨裂纹演化过程及其内在破坏机制,弥补试验中难以精准观测裂纹能量演化与微观细节的局限,众多学者引入数值模拟方法,尤其是以颗粒流为代表的离散元模拟技术,用于呈现岩石在加载过程中的力学响应与裂纹发展。孙杰龙等^[19]基于PFC(particle flow code)建立了颗粒流模型,将岩石破坏划分为孔隙压实、弹性变形、新裂纹萌生、裂纹加速扩展和断裂失稳5个阶段,并发现随着裂隙倾角的增大,应力水平相应升高。马斌等^[20]构建了含单裂隙的非均质颗粒流模型,模拟不同均质条件下,随倾角变化的岩石裂纹衍生与破坏模式,并且在岩体均质性和倾角耦合作用下,破坏形态可归纳为逆对角型、半对偶型、对耦型及顺对角型。张杰等^[21]通过改变模型摩擦角,模拟了优势起裂角的变化,发现当起裂角处于24°~30°时,定向裂隙具有显著的导向与促进裂纹扩展的作用。在多裂隙情形下,吴钰等^[22]采用颗粒流模拟了双裂隙岩体的破坏机制,指出在小倾角条件下,裂隙间产生的翼裂纹可能搭接形成贯通裂缝,而在大倾角时则易生成次生裂纹,诱发块体脱落。文献[23 -25]进一步将裂隙扩展过程与声发射信号相结合,揭示了裂纹演化与能量释放之间的内在联系。从能量视角出发,杨圣奇等^[26]模拟了不同长度岩样在单轴压缩下的能量响应,发现当长度超过100 mm时,能耗模量趋于稳定。耗散相同能量时,小尺寸试样应变大于大尺寸试样。文献[27-28]则通过模拟分析了岩石在加载过程中的能量积累与强度演化关系,为能量判据的应用提供支持。

尽管已有学者对具有不同裂隙的岩石进行了相关研究,但这些研究主要集中在宏观损伤演化层面,对于微观裂纹演化机制及规律的系统研究还有待完善。鉴于此,利用PFC^2D建立模型,开展单轴压缩模拟试验,系统研究节理倾角对岩石力学性能和破坏模式的影响规律,以丰富节理岩体变形破坏机理的理论体系,为改善岩石工程结构的设计提供科学依据。

1 数值模拟方法

PFC是一款基于离散元法的数值模拟软件,主要用于研究颗粒材料的微观力学特性及其在外载作用下的宏观响应。通过模拟颗粒之间的接触、滑移与破坏,PFC可有效再现材料内部的力链结构和裂纹演化过程,已广泛应用于岩土工程、矿业工程及材料科学等多个领域。

1.1 模型建立

图1为利用PFC^2D建立的不同预制角度裂隙试样模型,其中裂隙长度b=20 mm,裂隙倾角(θ)分别为 0°、30°、45°、60°和90°,其中包括一个完整无裂隙的对比试样(从左至右)。通过比较不同预制裂隙在单轴受压条件下的区别,分析相应力学特征及破坏模式的差异。

建立模型后进一步引入平行黏结模型(parallel bond model,PBM)模拟颗粒间的强连接^[29]。其可有效描述岩石等脆性材料的破坏机制。当黏结力或弯矩超过其极限强度时,黏结断裂,接触转为普通摩擦接触。通过设定黏结参数(如弹性模量、黏结强度、黏结半径系数等),PBM能较真实地再现材料内部裂纹的萌生与扩展过程。PFC数值模拟所采用的细观参数如表1所示。

图2为室内试验与数值模拟应力-应变曲线比较,可以看出,两条曲线在总体趋势上十分接近,验证了所构建模型的正确性。

1.2 不同倾角单裂隙岩石强度对比

不同角度下的砂岩单轴压缩应力-应变曲线如图3所示。在初始加压阶段,试件处于线弹性阶段,应力-应变曲线变化呈线性正相关。随着荷载的不断增加,试件进入屈服阶段,应力-应变曲线逐渐呈现非线性增长,且应力增长速率减缓。达到峰值应力后,试件迅速进入破坏阶段,应力曲线急剧下降,最终发生宏观破坏。

预制裂隙试样应力应变峰值随角度变化规律如图4所示。随着试样预制倾角的增大,应力表现出单调递增趋势。裂隙角度为0°时,峰值应力最小,为53.6 MPa;当裂隙倾角增大至90°时,峰值应力达到最大值66.3 MPa,说明此时裂隙对试样整体力学性能影响最小,该结果与文献[30]的研究结论一致。不同于峰值应力的变化规律,峰值应变随裂隙倾角增加呈现先减小后增大的变化趋势。当裂隙倾角为30°时,峰值应变最小,仅为0.237%,表明该角度下裂隙对试样内部结构损伤最为显著,试样更容易发生失稳破坏^[31]。随着裂隙倾角进一步增大,峰值应变逐渐增加;当裂隙倾角达到90°时,峰值应变增至0.282%,试样变形能力相对较强。总体而言,应变峰值随角度增加呈先减小后增大的趋势。峰值应力随裂隙角度的增加呈现上升趋势,而破坏阶段曲线的陡峭程度逐渐减弱。预制裂隙角度越大,试样在失稳过程中展现出更强的变形适应性,结构整体稳定性随之提升。

基于损伤理论^[32]建立的单轴压缩条件下岩石材料的损伤演化方程,从损伤的角度分析峰值强度随角度的一般变化规律,损伤演化方程为

(1)

$D=1-\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}\left(-\frac{{E}_{0}}{2Y}{\epsilon }^{2}\right)$

(2)

$\sigma =\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}\left(-\frac{{E}_{0}}{2Y}{\epsilon }^{2}\right){E}_{0}\epsilon $

式中:D为损伤变量;E₀为岩石初始杨氏弹性模量,Y为材料常数,表示外界做功量与损伤的比例;σ为应力;ε为应变。

对式(2)进行推导可得峰值应力点所对应的应变ε_c为

(3)

${\epsilon }_{\mathrm{c}}=\sqrt{\frac{Y}{{E}_{0}}}$

将ε_c代入式(1)可得峰值损伤系数(D_c),其值为

(4)

${D}_{\mathrm{c}}=1-\frac{1}{\sqrt{\mathrm{e}}}$

式(4)中:e为自然常数。

(5)

${D}_{2}={D}_{\mathrm{c}}-{D}_{1}$

式(5)中:D₂为应力损伤变量,D₁为缺陷损伤变量。

依据文献[30]可知,随着裂隙倾角(α)的增大,试样中的损伤面积(S_d)呈减小趋势,该损伤面积可简化为预制裂隙面在水平面上的投影面积^[33]。引入损伤变量D^[34],其与S_d成正比关系,据此可推得,裂隙引起的初始损伤变量(D_damage)也随倾角增大而减小。

应力相关损伤变量(D₂)由峰值总损伤(D_c)与初始损伤变量(D_damage)的差值定义,表示试样在轴向载荷持续作用下,为达到失稳破坏所需承担的额外损伤量。由于峰值总损伤(D_c)由材料本构关系决定,在相同材料条件下可视为常数,因此D₂随α的增加而增大。这表明,随着裂隙倾角增大,试样在破坏前需承受更大的应力,其抗破坏能力相应增强。

2 结果与分析

2.1 裂纹演化

图5展示了不同倾角裂隙模型下单轴压缩过程中微裂纹的演化过程。黑色、红色和蓝色曲线分别表示总裂纹数、张拉裂纹数和剪切裂纹数。在初始加载阶段,各类裂纹数量变化较小,裂纹基本未萌生或仅有极少量微裂纹产生,裂纹数曲线较为平缓。此阶段试样以弹性变形为主,裂纹对整体力学性能影响较小。随着应力逐渐增加并接近峰值应力,裂纹开始显著增加。张拉裂纹先快速增长,随后剪切裂纹也开始出现并逐渐发展。此阶段裂纹联结与扩展逐渐形成局部破坏面。

当裂隙倾角为0°[图5(b)]时,在加载初期,裂纹主要沿裂隙两端斜向产生,张拉作用导致颗粒滑移,随后向两端斜向发展,形成翼型裂纹。由于预制裂隙呈水平向,在受压作用下,岩石整体结构稳定性相对较弱,裂纹易于萌生并不断向岩层表面扩展,最终形成劈裂破坏^[35]。当裂隙倾角为30°[图5(c)]时,裂隙对主压应力路径的扰动最弱,其尖端既不产生显著张拉效应^[36],也不足以触发剪切滑移,导致应力集中有限,裂纹主要以局部翼型张拉裂纹为主。当裂隙倾角增加到60°的过程中,剪切作用逐渐增强,裂纹数逐渐增多,裂纹发展演化路径复杂。在这一区间内,裂隙与加载方向形成一定角度,裂隙对裂纹发展产生诱导性,导致裂隙两端最先发生剪切滑移,随后引发裂隙扩展与新裂纹产生,破坏机制表现为张剪复合破坏。当裂隙角度增加到90°[图5(f)]时,裂纹数达到最大值2 684条。在加载过程中,裂纹未在预制裂隙两端萌生,而是在试样中下部首先产生并向周围扩展,试样整体仍保持一定承载能力,破坏演化过程相对缓慢。裂纹扩展以张拉裂纹为主,并伴随少量剪切裂纹,整体表现为张剪复合破坏。不同倾角条件下峰值裂纹数量统计结果如图6所示,裂纹总数随倾角变化呈现出明显差异,进一步反映了不同倾角裂隙对岩体破裂程度的影响。

2.2 裂纹分布

为研究倾角对微裂纹分布情况的影响,试样内部微裂纹随预制裂隙角度分布玫瑰图如图7所示,展示不同倾角下微裂纹在岩体内部的分布情况。整体来看,试样的裂纹数随着预制裂隙角度增加而增加。倾角裂隙为0°时,岩石内部微裂纹较少,表明水平裂隙对岩体内部裂纹发展演化具有抑制作用,裂纹主要以90°张拉裂纹为主。30°时,裂纹发展偏移至105°方向,这是由于裂隙试样在受压后裂纹发生剪切贯通。当裂隙倾角为45°时,裂纹主要沿45°~135°方向对称发展。当裂隙倾角为60°时,裂纹产生集中在90°及120°方向。当裂隙倾角为90°时,裂纹优先从预制裂隙端部萌生,扩展方向与受压方向一致。

2.3 接触力分析

图8展示了试样在加载过程中的颗粒接触力分布情况,接触力主要集中分布在裂纹萌生和扩展的路径上。当裂隙倾角小于45°时,高接触力主要分布在裂纹萌生路径附近,裂纹集中区域率先发生断裂,直观展现了裂纹的扩展与破坏路径。倾角为45°时,裂隙端部开始出现一定程度的剪切滑移,接触力明显增加;倾角为60°时,接触力分布最为集中且强度最高,表明该角度条件下颗粒间发生了剧烈的剪切错动;倾角为90°时,接触力集中区重新向竖直方向发展,但仍表现出一定的贯穿性破坏趋势。

2.4 AE演化规律

图9展示了不同倾角裂隙试样在加载过程中声发射特征。在加载过程中,裂隙区域或其周边由于应力集中而产生微裂纹扩展。通过声发射的不同阶段(平静期、活跃期、剧烈期)^[37],分析裂隙倾角对声发射事件演化的影响。

加载初期,轴向应力缓慢上升,试样处于线弹性阶段,AE图像表现为平静期,事件数变化不大,未出现明显破坏征兆。随着加载的持续,试样逐渐由稳定阶段向非线性阶段过渡进入活跃期。在该阶段,裂隙端部或弱面周围开始产生微裂纹扩展。此时,应力-应变曲线保持上升趋势,AE事件数出现小幅波动,说明内部局部发生破坏。当试样到达峰值强度后,破坏过程显著加剧,逐步进入剧烈期。在这一阶段,内部裂纹迅速扩展,破坏过程集中爆发,AE事件数曲线呈明显“突增”特征,裂纹数在短时间内快速增长,应力-应变曲线则出现波动或突然下降。值得注意的是,倾角为45°的试样在该阶段出现大幅度增长,倾角对裂纹扩展具有更强诱导性,剪切作用增强使AE活动更为密集,整体呈现典型的脆性破裂特征。而对于90°裂隙试样,虽然峰值强度相对较高,但AE事件激增时间较短,破坏突发性强。综上可以得出,裂隙倾角显著影响破裂机制及AE活动规律。当倾角逐渐增大时,AE事件数变化更加敏感,裂纹增长速度更快。因此,AE事件数的突增与裂纹数的加速变化可作为判断岩体从活跃期进入剧烈期的重要指标。

3 能量演化规律分析

3.1 能量计算原理

如图10所示,试样在受压后输入能量会不断积累,一部分转化为弹性能(U^e),另一部分为耗散能(U^d)。试件在加载过程中,试样增加的总能量为U,由热力学第一定律可知:

(6)

$U={U}^{\mathrm{e}}+{U}^{\mathrm{d}}$

由胡克定理,可知:

(7)

$\begin{array}{l}{U}^{\mathrm{e}}=\frac{1}{2{E}_{0}}[{\sigma }_{1}^{2}+{\sigma }_{2}^{2}+{\sigma }_{3}^{2}-\\ 2\nu ({\sigma }_{1}{\sigma }_{2}+{\sigma }_{2}{\sigma }_{3}+{\sigma }_{1}{\sigma }_{3})]\end{array}$

式(7)中:E₀为初始弹性模量;ν为泊松比;σ₁为最大主应力;σ₂为中间主应力;σ₃为最小主应力。

对于单轴压缩试验,由于没有围压,侧向主应力0,应变能计算公式可以简化为

(8)

${U}^{\mathrm{e}}=\frac{1}{2{E}_{0}}{\sigma }_{1}^{2}$

根据定积分的概念,总能量的计算公式为

(9)

$\mathrm{U}=\stackrel{n}{\sum _{i=1}}\frac{1}{2}({\sigma }_{1}^{i}+{\sigma }_{1}^{i+1})({\epsilon }_{1}^{i+1}-{\epsilon }_{1}^{i})$

式(9)中:

${\sigma }_{1}^{i}$

和

${\epsilon }_{1}^{i}$

分别为应力-应变曲线中第i点的应力、应变值。

因此,可以得到试验过程中岩石的耗散能(U^d)的计算公式^[38]为

(10)

${U}^{\mathrm{d}}=U-{U}^{\mathrm{e}}$

3.2 能量演化

图11中展示了完整试件及不同裂隙倾角条件下的应力-应变曲线与能量演化过程。虚线为此角度下应力-应变曲线,黑色、红色和蓝色分别为总能量、弹性能和耗散能曲线。可以看出,不同裂隙倾角试样的能量变化趋势大致相同。应力-应变曲线处于弹性阶段时,总能量大部分体现为弹性能且同步上升,耗散能几乎为零;屈服阶段时,裂纹萌生导致耗散能开始增加,弹性能增长速率减缓;应力峰值点附近时,弹性能达到最大,耗散能累计逐渐增加;破坏阶段时,弹性能急剧减少,耗散能明显增加。

图12为应力到达峰值时不同角度与能量的相关曲线。结果表明,总能量及峰值应力处的弹性能在各倾角试样中呈一致的变化趋势,均随裂隙倾角的增大而上升。当裂隙倾角为0°时,总能量为303 kJ/m³,峰值应力处弹性能为246 kJ/m³;随着倾角增大至90°,总能量达到409 kJ/m³,较0°裂隙总能量值提升约35%,峰值应力处弹性能为360 kJ/m³。这主要是由于裂隙的存在削弱了岩石骨架的承载能力,而随着倾角增加,试样整体强度提高,岩石在峰值阶段能够储存更多能量^[39-45]。

4 结论

系统研究了不同裂隙倾角对岩石内部强度特性、裂纹发展过程及能量传递规律的影响,得出以下主要结论。

(1)岩石强度随裂隙倾角变化呈显著规律,峰值强度整体随倾角增大而增加,在90°处达到最大值为66.3 MPa,而峰值应变随倾角增加呈“V”字形变化趋势,在30°处最小为0.237%,90°时最大为0.282%。随着倾角增大,裂纹扩展路径更复杂,应力集中区域发生转移,岩体整体承载能力增强。

(2)当裂隙倾角为0°~30°时,试样裂纹较少,主要沿垂直方向扩展,以张拉破坏为主,接触力分布较为分散,整体破坏程度较小。随着裂隙倾角增大至45°及以上,剪切作用逐渐增强,裂纹数量显著增加。当裂隙倾角达到60°时,剪切破坏最为剧烈,裂纹沿裂隙扩展;而当裂隙倾角为90°时,裂纹数量最多为2 684条,表现为典型的张拉主导破坏模式。

(3)AE声发射信号可划分为平静期、活跃期和剧烈期三个阶段。加载至峰值强度后,试样内部AE事件数快速增长,反映出岩体内部损伤加剧。这一特征对实际工程中岩体破裂的识别与预警具有重要指导意义。

(4)不同倾角裂隙下,总能量与峰值应力处的弹性能呈现一致的变化趋势,均随裂隙倾角的增大而上升。当裂隙倾角为0°时,总能量最低为303 kJ/m³,峰值应力处弹性能为246 kJ/m³;随着倾角增大至90°,总能量较0°总能量值提升约35%,达到409 kJ/m³,峰值应力处弹性能为360 kJ/m³。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	张伟, 周国庆, 张海波, 等. 倾角对裂隙岩体力学特性影响试验模拟研究[J]. 中国矿业大学学报, 2009, 38(1): 30-33.

[2]	Zhang Wei, Zhou Guoqing, Zhang Haibo, et al. Experimental research on the influence of obliquity on the mechanical characteristics of a fractured rock mass[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 2009, 38(1): 30-33.

[3]	刘东义, 赵振华, 王海焦, 等. 砂岩破坏特征及裂纹扩展规律的应变率效应[J]. 科学技术与工程, 2025, 25(19): 8013-8024.

[4]	Liu Dongyi, Zhao Zhenhua, Wang Haijiao, et al. Strain rate effect on failure characteristic and crack propagation law of sandstone[J]. Science Technology and Engineering, 2025, 25(19): 8013-8024.

[5]	Li X Z, Li H F, Zhang Z X, et al. Analytical assessment for effective activation microcracks in hydraulic fracturing influenced by injection rate of compressive brittle rocks[J]. GeoStorage, 2026, 2(1): 14-26.

[6]	陈新, 廖志红, 李德建. 节理倾角及连通率对岩体强度、变形影响的单轴压缩试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2011, 30(4): 781-789.

[7]	Chen Xin, Liao Zhihong, Li Dejian. Experimental study of effects of joint inclination angle and connectivity rate on strength and deformation properties of rock masses under uniaxial compression[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(4): 781-789.

[8]	王卫华, 王小金, 姜海涛, 等. 单轴压缩作用下含不同倾角裂隙的类岩石试样力学特性[J]. 科技导报, 2014, 32(S2): 48-53.

[9]	Wang Weihua, Wang Xiaojin, Jiang Haitao, et al. Experimental research on mechanical properties of rocklike specimens containing single cracks of different inclination angles under uniaxial compre-ssion[J]. Science & Technology Review, 2014, 32(S2): 48-53.

[10]	赵程, 刘丰铭, 田加深, 等. 基于单轴压缩试验的岩石单裂纹扩展及损伤演化规律研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(S2): 3626-3632.

[11]	Zhao Cheng, Liu Fengming, Tian Jiashen, et al. Study on single crack propagation and damage evolution mechanism of rock-like materials under uniaxial compression[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2016, 35(S2): 3626-3632.

[12]	余伟健, 周明娟. 不同次裂隙数目条件下岩石力学特性及破坏模式[J]. 采矿与安全工程学报, 2025, 42(2): 394-403.

[13]	Yu Weijian, Zhou Mingjuan. Rock mechanics characteristics and failure modes underdifferent numberof secondary fractures[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2025, 42(2): 394-403.

[14]	杨大方, 张丁元, 牛双建, 等. 预制裂隙细砂岩裂纹扩展过程及宏观破坏模式单轴压缩试验研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2019, 36(4): 786-793.

[15]	Yang Dafang, Zhang Dingyuan, Niu Shuangjian, et al. Experimental study on crack propagation process and macroscopic failure mode of prefabricated-crack fine sandstone under uniaxial compression[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2019, 36(4): 786-793.

[16]	陈颙. 声发射技术在岩石力学研究中的应用[J]. 地球物理学报, 1977(4): 312-322.

[17]	Chen Yong. Application of acoustic emission techniques to rock mechanics research[J]. Chinese Journal of Geophysics, 1977(4): 312-322.

[18]	李庶林, 尹贤刚, 王泳嘉, 等. 单轴受压岩石破坏全过程声发射特征研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2004(15): 2499-2503.

[19]	Li Shulin, Yin Xiangang, Wang Yongjia, et al. Studies on acousticemission characteristics of uniaxial compressive rock failure[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2004(15): 2499-2503.

[20]	王创业, 李昕昊, 韩天宇, 等. 岩石与类岩石单轴压缩过程中力学及声发射特性对比研究[J]. 科学技术与工程, 2022, 22(27): 12100-12106.

[21]	Wang Chuangye, Li Xinhao, Han Tianyu, et al. Comparative study on mechanical and acoustic emission characteristics of rock and rock-like during uniaxial compression[J]. Science Technology and Engineering, 2022, 22(27): 12100-12106.

[22]	赵川, 姜国新, 郭俊利, 等. 玄武岩纤维对混凝土力学性能影响试验研究[J]. 非金属矿, 2024, 47(5): 47-50.

[23]	Zhao Chuan, Jiang Guoxin, Guo Junli, et al. Experimental study on the influence of basalt fiber on the mechanical properties of concrete[J]. Non-Metallic Mines, 2024, 47(5): 47-50.

[24]	Zhang X, Tang J, Pan Y. Experimental study on compound dynamic disaster in deep coal rock under gas and stress loading and unloading[J]. Advances in Geo-Energy Research, 2025, 16(1): 60-76.

[25]	Zhang H W, Zhao H B, Ji D L, et al. Gas control technology for coal and gas outburst mines based on new sealing materials[J]. Geohazard Mechanics. 2024, 2(3): 181-188.

[26]	崔春娟, 赵芷琪, 李昊霖, 等. 第一性原理计算在若干铁基合金中的研究进展[J]. 稀有金属, 2025, 49(7): 1084-1100.

[27]	Cui Chunjuan, Zhao Zhiqi, Li Haolin, et al. Research progress in first principles calculation of some selected iron-based alloys[J]. Chinese Journal of Rare Metals[J]. 2025, 49(7): 1084-1100.

[28]	张志镇, 高峰. 单轴压缩下岩石能量演化的非线性特性研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(6): 1198-1207.

[29]	Zhang Zhizhen, Gao Feng. Research on nonlinear characteristics of rock energy evolution under uniaxial compression[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2012, 31(6): 1198-1207.

[30]	张翰林, 苏远大, 王淼, 等. 基于岩石力学的井周裂缝流体疏导性分析与产能评价[J]. 石油物探, 2024, 63(1): 207-216.

[31]	Zhang Hanlin, Su Yuanda, Wang Miao, et al. Fluid conductivity in circumferential fractures and deliverability evaluation based on rock mechanics on rock mechanics[J]. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2024, 63(1): 207-216.

[32]	闻磊, 冯文杰, 李明烨, 等. 不同加载条件下含裂隙岩石裂纹扩展特征及能量演化机制试验研究[J]. 实验力学, 2025, 40(1): 30-48.

[33]	Wen Lei, Feng Wenjie, Li Mingye, et al. Crack propagation and energy evolution mechanisms of rocks containing pre-existing cracks under different loading conditions[J]. Journal of Experimental Mechanics, 2025, 40(1): 30-48.

[34]	孙杰龙, 陈锐, 李晓敏, 等. 单轴压缩下饱和裂隙红砂岩力学特性试验及PFC2D模拟[J]. 延安大学学报(自然科学版), 2024, 43(4): 114-120.

[35]	Sun Jielong, Chen Rui, Li Xiaomin, et al. Mechanical properties test and PFC2D simulation of saturated fractured red sandstone under uniaxial compression[J]. Journal of Yan’an University(Natural Science Edition), 2024, 43(4): 114-120.

[36]	马斌, 朱金养, 王加俊, 等. 基于裂隙倾角的非均质岩石单轴压缩数值模拟[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版), 2024, 43(10): 39-46.

[37]	Ma Bin, Zhu Jinyang, Wang Jiajun, et al. Numerical simulation of uniaxial compression of heterogeneous rock based on fracture crack inclination angle[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University (Natural Science), 2024, 43(10): 39-46.

[38]	张杰, 席迅, 郭奇峰, 等. 含预制裂隙花岗岩破坏的细观多相颗粒流模拟[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2021, 49(4): 79-85.

[39]	Zhang Jie, Xi Xun, Guo Qifeng, et al. Meso multi-phase particle flow simulation of granite failure with preexisting crack[J]. Huazhong University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2021, 49(4): 79-85.

[40]	吴钰, 任旭华, 张继勋, 等. 含裂隙岩石单轴压缩数值试验研究[J]. 三峡大学学报(自然科学版), 2021, 43(2): 35-41.

[41]	Wu Yu, Ren Xuhua, Zhang Jixun, et al. Numerical and experimental study on rock containing pre existing cracks under uniaxial compression[J]. Journal of China Three Gorges University (Natural Sciences), 2021, 43(2): 35-41.

[42]	刘涛影, 樊江苏, 彭亮亮. 不同裂隙倾角岩石强度及裂纹扩展分析[J]. 铁道工程学报, 2025, 42(1): 1-6, 19.

[43]	Liu Taoying, Fan Jiangsu, Peng Liangliang. Analysis of strength and crack expansion behavior of fractured rock with different inclination angle[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2025, 42(1): 1-6, 19.

[44]	冯忞. 法向循环荷载下筋土界面细观剪切特性分析[J]. 华南地震, 2024, 44(4): 126-133.

[45]	Feng Min. Mesoscopic study on the shear process of reinforcement-soil interface under normal cyclic loading[J]. South China Journal of Seismology, 2024, 44(4): 126-133.

[46]	未晛. 低孔渗砂岩尺度效应的岩石物理实验研究[J]. 石油物探, 2025, 64(6): 1162-1171.

[47]	Wei Xian. Physical experiment on scale effect in low-porosity and low-permeability sandstone[J]. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2025, 64(6): 1162-1171.

[48]	杨圣奇, 徐卫亚, 苏承东. 岩样单轴压缩变形破坏与能量特征研究[J]. 固体力学学报, 2006(2): 213-216.

[49]	Yang Shengqi, Xu Weiya, Su Chengdong. Study on the deformation failure and energyproperties of rock specimen in uniaxial compression[J]. Acta Mechanica Solida Sinica, 2006(2): 213-216.

[50]	任青阳, 陈斌, 孟欣, 等. 单轴压缩下充填节理石灰岩力学特性与能量演化[J]. 地下空间与工程学报, 2024, 20(1): 91-98.

[51]	Ren Qingyang, Chen Bin, Meng Xin, et al. Mechanical properties and energy evolution of limestone with filling joints under uniaxial compression[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2024, 20(1): 91-98.

[52]	Zhao H H, Jiang H X, Wu Z J, et al. Numerical study on the mechanism of tool impact fragmentation in heterogeneous rock under confining pressure[J]. Deep Resources Engineering, 2026, 3(2): 100208.

[53]	王婷静. 不同倾角单裂隙对非均质岩石失稳演化研究[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(5): 539-547.

[54]	Wang Tingjing. Instability evolution of single fracture with different dip angles on heterogeneous rock[J]. Geotechnical Engineering Technique, 2024, 38(5): 539-547.

[55]	胡千庭, 余长君, 李全贵, 等. 单轴压缩下裂隙砂岩宏细观损伤破坏特性的试验研究[J]. 实验力学, 2025, 40(1): 49-60.

[56]	Hu Qianting, Yu Changjun, Li Quangui, et al. Experimental study on the damage characteristics of macro-meso damage in fractured sandstone under uniaxial compression[J]. Journal of Experimental Mechanics, 2025, 40(1): 49-60.

[57]	易婷, 唐建新, 王艳磊. 裂隙倾角及数目对岩体强度和破坏模式的影响[J]. 地下空间与工程学报, 2021, 17(1): 98-106, 134.

[58]	Yi Ting, Tang Jianxin, Wang Yanlei. Effect of fracture dip angle and number on mechanical properties and failure modes of rock mass[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2021, 17(1): 98-106, 134.

[59]	秦跃平. 岩石损伤力学模型及其本构方程的探讨[J]. 岩石力学与工程学报, 2001(4): 560-562.

[60]	Qin Yueping. Discussion on damage mechanics model and constitutive equation of rock[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2001(4): 560-562.

[61]	Liu T, Lin B, Yang W. Mechanical behavior and failure mechanism of pre-cracked specimen under uniaxial compression[J]. Tectonophysics, 2017, 712: 330-343.

[62]	刘齐建, 杨林德, 曹文贵. 岩石统计损伤本构模型及其参数反演[J]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(4): 616-621.

[63]	Liu Qijian, Yang Linde, Cao Wengui. Statistical damage constitutive model for rock and back analysis of its parameters[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(4): 616-621.

[64]	赵娜, 卫帅, 王来贵, 等. 含不同倾角单裂隙岩石单轴压缩破裂演化过程分析[J]. 实验力学, 2024, 39(4): 518-528.

[65]	Zhao Na, Wei Shuai, Wang Laigui, et al. Analysis of fracture evolution process of single fractured rock mass based on uniaxial compression[J]. Journal of Experimental Mechanics, 2024, 39(4): 518-528.

[66]	潘鹏志, 丁梧秀, 冯夏庭, 等. 预制裂纹几何与材料属性对岩石裂纹扩展的影响研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(9): 1882-1889.

[67]	Pan Pengzhi, Ding Wuxiu, Feng Xiating, et al. Research on influence of pre-existing crack geometrical and material properties on crack propagation in rocks[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2008, 27(9): 1882-1889.

[68]	张嘉凡, 车虎斌, 张慧梅, 等. 考虑裂隙贯穿度的岩石裂纹演化及声发射特性[J]. 地下空间与工程学报, 2025, 21(3): 845-853, 890.

[69]	Zhang Jiafan, Che Hubin, Zhang Huimei, et al. Rock crack evolution and acoustic emission characteristics considering crack penetration based on PFC[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2025, 21(3): 845-853, 890.

[70]	王桂林, 张亮, 许明, 等. 单轴压缩下非贯通节理岩体损伤破坏能量演化机制研究[J]. 岩土工程学报, 2019, 41(4): 639-647.

[71]	Wang Guilin, Zhang Liang, Xu Ming, et al. Energy damage evolution mechanism of non-across jointed rock mass under uniaxial compression[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2019, 41(4): 639-647.

[72]	Xu B, Tang J Y, Li J, et al. Dynamic range compression dual-domain attention network for tunnel extreme exposure image enhancement in transportation visual systems[J]. Green Energy and Intelligent Transportation, 2026, 5(3): 100337.

[73]	王二博, 王志丰, 王亚琼. 含裂隙岩石单轴压缩下力学性能及能量演化机制研究[J]. 高压物理学报, 2024, 38(1): 119-132.

[74]	Wang Erbo, Wang Zhifeng, Wang Yaqiong. Mechanical properties and energy evolution characteristics of fracture-bearing rocks under uniaxial compression[J]. Chinese Journal of HighPressure Physics, 2024, 38(1): 119-132.

[75]	范星宇, 刘海明, 王希辉, 等. 基于PFC的单节理岩石裂缝演化数值模拟[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2024, 64(7): 1238-1251.

[76]	Fan Xingyu, Liu Haiming, Wang Xihui, et al. Numerical simulation of single-joint rock fracture evolution based on PFC[J]. Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2024, 64(7): 1238-1251.

[77]	沈顺超, 肖桃李, 折海成, 等. 交叉裂隙砂岩样单轴力学特性与扩展破坏[J]. 科学技术与工程, 2024, 24(9): 3766-3772.

[78]	Shen Shunchao, Xiao Taoli, She Haicheng, et al. Cross fractured sandstone samples uniaxial mechanical properties and fracture extended fail ure[J]. Science Technology and Engineering, 2024, 24(9): 3766-3772.

[79]	高安森, 戚承志, 封焱杰, 等. 单轴压缩荷载下红砂岩破裂失稳损伤演化特征[J]. 科学技术与工程, 2023, 23(23): 9875-9880.

[80]	Gao Ansen, Qi Chengzhi, Feng Yanjie, et al. Damage evolution pattern and failure characteristics of red sandstone under uniaxial compression load[J]. Science Technology and Engineering, 2023, 23(23): 9875-9880.

[81]	张新春, 邹有云, 王敬德, 等. 不同岩性脆性岩石的单轴压缩力学特性及破坏规律[J]. 科学技术与工程, 2025, 25(12): 5141-5150.

[82]	Zhang Xinchun, Zou Youyun, Wang Jingde, et al. Uniaxial compression mechanical behaviors and failure rules of brittle rocks with different lithologies[J]. Science Technology and Engineering, 2025, 25(12): 5141-5150.

[83]	Zhou X H, Wang Y H, Luo Y T, et al. Advances in engineering structures for wind turbines in China[J]. Journal of Energy Infrastructure, 2026, 1(1): 100005.

基金资助

河北省教育厅青年基金(50199990574)

河北省省级科技计划(23567602H)

国家自然科学基金(52404109)

河北省自然科学杰出青年基金(E2024210019)

贵州省科技支撑计划(黔科合支撑[2024](一般145))

河北省高等学校基础研究重点培育专项(JZX2024011)

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Received	Published	Revised
2025-07-23	2026-08-28	2026-01-31
Online Date
2026-09-04

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