基于循环加载阈值的损坏砂岩的影响动态性能和能量演变

抽象的

煤矿深部岩石在受到冲击载荷(如岩爆)破坏之前，通常处于不同程度的破坏状态。针对冲击荷载作用下损伤岩石的力学特性和能量演化问题，采用具有不同循环荷载阈值的静荷载作用于砂岩试样，使其产生不同程度的损伤。然后，利用岩石力学系统(MTS-816)和Split Hopkinson压杆(SHPB)对不同损伤程度的砂岩进行单轴压缩和冲击动力学试验。结果表明:从力学性能上看，损伤砂岩的单轴抗压强度和动抗压强度均随循环阈值上限的增大而逐渐减小，均服从二次函数的增长规律;动态强度增加因子(DIF)也随着循环荷载阈值的增大而减小。从能量上看，随着循环荷载阈值的增大，损伤砂岩中裂缝数量较大，且规模巨大。由于裂纹的作用，当入射能量为一定值时，透射能随损伤程度的增加而减小，反射能的变化规律与之相反。系统研究损伤砂岩的动态力学特性和能量演化规律，为岩爆的防治和机理研究提供一定的参考。

1.介绍

随着煤炭资源消耗逐年增加，由于采煤深度和采煤速度的增加而引起的冲击地压、顶板灾害等动态灾害频繁发生[1- - - - - -3.，造成了不可弥补的经济损失和人员伤亡，进一步制约了能源经济的发展。岩爆、顶板塌落等动态灾害的频繁发生与采场岩石的力学性质、地质构造和岩层活动规律密切相关[4- - - - - -6]，其中岩石的力学性质是动态灾害预防和控制研究的最基本和核心部分[7］．基于以上观点，许多学者开展了大量的研究工作，不仅研究岩石的静态力学特性，而且分析岩石的动态力学特性。这些成果对动态灾害的防治具有重要意义。

有记载的最早的岩爆发生在1738年的英国斯塔福德煤田，但直到20世纪岩爆才系统地成为一个研究领域。许多学者从岩石静力力学的角度出发，采用室内试验、数值模拟和现场工程监测等方法对岩爆的防治进行了研究。Khademian和Ugur [8]使用数值模拟来模拟压缩和剪切下岩石突发的初始Quasistatic响应，进一步为研究岩爆事件进行了计算框架。天等。[9通过类似的模型试验探索了静载损害静态负荷扰动下的影响趋势，并获得了屋顶岩层的损伤范围和岩爆灾害在多区采矿过程中的影响范围。Simser [10[采用工程案例作为研究对象，分析了液压支撑安装速度对岩体静电干扰的有效性，并基于这探索了减轻岩爆的多层方法。Cai等人。[11]分析了静载下巷道围岩应力、应变与能量的关系，建立了加载下岩体的损伤力学模型，提出了煤岩爆压力趋势的定量评价指标。盖尔(12全面讨论了静载下岩爆和应力与压力的关系。以岩石爆裂灾害的机制为中心，除了岩石的静态力学性能外，岩石的动态力学性能也是不可忽视的因素。因此，许多学者根据岩石的动态机械响应分析了岩爆灾害的机制。Wang等人。[13]自主研发试验模拟装置，研究巷道在爆破荷载和岩爆动荷载作用下的岩爆阻力。Zhou et al. [14使用改进的SHPB来研究不同应变率下砂岩的动态力学性能，并在碰撞载荷下，砂岩标本的破碎物质的几何分形统计值获得了不同应变率下的砂岩动态抗压强度和能量耗散规律．Rehbock-Sander和Jesel [15]监测隧道中岩体的动态力学行为，并引入了岩爆灾害的预测和预防措施。Sainoki等。[16使用爆炸载荷方法研究动态灾害诱导的岩爆机制;此外，它还使岩石爆裂的冲击范围更加精确。上述学者基于岩爆灾害的机制研究了岩石静态力学性能和动态力学性能。然而，煤矿中动态灾害的发生是多因素耦合的结果[17］．分别研究岩石的静态力学性能和动态力学性能。Stope中的岩石受到埋葬深度和挖掘活动的影响。在发生岩石突发事故之前，岩石被反复静态负荷扰动损坏到不同程度的[18］．因此，在灾难下，考虑岩石的静态力学性能和岩石的动态响应并不全面。受载荷受损后受损岩体质量的动态机械响应是影响动态灾害等岩石爆裂的主要机械因素。因此，负载干扰后受损岩石质量的动态力学性能的系统研究对岩爆事故的机制分析了一些动力。

埋在煤矿深处的岩石通常由于相邻煤层的挖掘活动或停止而导致的损坏程度不同[19］．此时岩石的强度低于未受扰动时的岩石强度。在采矿活动影响范围内，当地层结构遭到破坏或应力处于异常状态时，局部岩石的储能结构瞬间大规模不稳定，释放能量诱发冲击压力灾害[20.］．因此，在研究岩石爆裂灾难的动态响应之前，必须完全考虑岩石的损坏程度。

为了探索岩石的动态灾害发生动态抗响应和能量演变，当时煤矿岩爆裂时，作者完全考虑了静态负荷和动态负荷的序列和术语。首先，基于岩石的kaiser效果，在具有不同负载阈值的静态载荷下进行循环加载和卸载作为循环的上限，使岩石处于不同程度的损伤状态。然后，测量具有不同损坏程度的岩石标本的单轴压缩强度，分析了受损岩石的应力降低幅度与循环负载阈值之间的变化。最后，基于损坏岩石的静态力学性能，SHPB用于对动态测试进行冲击动态测试;电影负荷下具有不同损伤水平的岩石的能量演化法和岩石粉碎能量密度为深井煤矿岩石爆裂的机制研究和预防提供了有用的理论支持。

2.试验设备和试验计划

２.１.试件准备

本次试验所需岩石取自淮南矿区某矿山岩巷，采用原位取样方法，岩样为砂岩。经切割和研磨后，按照国际岩石力学与岩石工程学会的标准，得到尺寸为Ф 50 mm的圆柱形试样^*H100毫米，这意味着直径^*高度50毫米^*100mm，准备测量岩石的静态力学强度。另外，还有一个尺寸为Ф 50毫米的圆柱形试件^*H需要25毫米来测量砂岩的动态机械性能。试验件两端的非平行性小于0.05mm，端面的平坦度误差控制在0.02mm以下。一些砂岩测试件如图所示1．在开始单轴加载试验和冲击动力学试验前，在试件两端均匀涂抹凡夫油，以减小试件两端的端效应和设备与设备之间的摩擦效应。

２.２.实验设备和试验计划

该测试中使用的静态加载设备和动态装载设备是MTS-816岩石力学测试系统和直径为50毫米的SHPB测试系统。上述两种测试类型的设备如图所示2和3.,分别。MTS-816摇滚力学测试系统对砂岩试样进行单轴抗压强度试验和静态循环损伤试验，单轴抗压强度试验和循环加载和卸载测试采用了力 - 时间加载方法，负载率为0.5 kN /s。SHPB测试系统对损坏的砂岩进行影响动态测试。

首先，进行静态机械实验以确定砂岩样本的强度，并且砂岩样品的平均抗压强度被确定为σ._B.．然后，用不同的循环阈值负载用不同的循环阈值载荷造成不同程度的损坏，这是0.2σ._B., 0.4σ._B., 0.6σ._B.和0.8σ._B.,分别。最后选取0.4 MPa、0.5 MPa和0.6 MPa三种不同冲击气压对循环静载损伤砂岩进行动态力学性能测试，并在不同应变率下进行试验。

3.动态力学实验的基本原理与压力平衡验证

在SHPB测试中，作者使用三波方法分析砂岩样本的动态力学性能。砂岩样品放置在入射杆和传动杆之间。假设在动态加载过程中，砂岩样本中的任何平面都保持平坦，并且在任何横截面中只有均匀分布的轴向应力。为了便于计算，沿着入射杆到传动杆的应力波发射方向被定义为正。砂岩样本的动态机械参数的计算方法，包括动态应力，动态应变和应变率，如公式所示（1），（2)和(3.）， 分别。根据这些动态机械性能数据，也可以分析动态负荷下砂岩的能量关系。忽略杆和标本之间的能量损失，高压气体能量首先转化为入射能量。当发生的能量作用于砂岩试样时，部分能量转化为反射能量 ，另一部分通过传动杆被能量吸收装置吸收，其余部分主要被砂岩吸收，该砂岩用于分解砂岩样本并以能量的形式消散它。在SHPB实验中，事件能量 ，传播的能量 ，反射的能量在冲击载荷下的砂岩可以根据等式计算（4），（5)和(6),分别为: 在哪里C₀是三个条的纵向波速度，m / s;ε._一世，ε._R.,ε._T.是在条形中独立于传播的入射，反射和透射波的菌株;L.是沿轴的砂岩样品的高度;一个₀砂岩的横截面积为m²；一个是三个酒吧的横截面积，m²；E是三个酒吧的年轻模量; ， ，和是该事件的菌株，反射和在三个杆上传递波浪T.,分别。

在加载过程中，忽略了砂岩接触面与压杆之间的能量消耗，对能量的计算方法进行了分析由冲击载荷下的样本吸收如公式（7)：

砂岩的动态机械能中，当通过冲击载荷将其分成碎片时，能够最佳地反映完整的砂岩样品。另外，由于在处理试验片期间的不可避免的尺寸误差，为了减少由测试件的尺寸差异引起的误差尽可能多，当岩石的单位体积被压碎时吸收的能量冲击载荷，即能量消耗密度 ，介绍:

的公式,是砂岩标本的体积。

在此之前，我们假设在冲击加载过程中，砂岩试样中的任何一个平面都是平的。加载过程中任意时刻，试件内微单元段的受力模型简化如图所示4．

假设轴向应力下的均匀圆柱形样品σ._X（X，T.），砂岩的轴向菌株是ε._X；另外，由于材料的泊松效果，样品也必须具有垂直菌株ε._Y和ε._Z同时: 在哪里你_X，你_Y,你_Z位移分量在X-轴，Y- 轴，和Z- 分别和μ.碧敏标本的比例。

自从ε._X只是与之相关的函数X和T.并没有关系Y和Z，相应的位移ε._Y和ε._Z分别集成，以获得轴向位移你_Y和你_Z．然后，计算轴向位移的衍生物两次以获得速度和质点垂直于轴和加速度运动一个_Y和一个_Z，分别为:

从方程(14），（15），（16)和(17），垂直于砂岩轴的每单位体积的动能在等式中示出（18)．

的公式,是砂岩横截面的环状半径面向X-轴。

从图中可以看出4有一对静平衡力一个₀σ.一个非静力平衡力砂岩中的微量元素。从能量的角度来看，微元体的轴向动能来自于非静力平衡力所做的功，静力平衡力所做的功转化为微元应变增量能和垂直于轴向的动能。由于砂岩试样的运动受到入射杆和透射杆的约束，轴向动能会逐渐转移到弹性杆并最终消散，并不影响砂岩的破碎。但当微元素段的累积应变能增大时，能量会在岩石的破碎行为中耗散，并转化为岩石的损伤破碎能和破碎岩石的动能等其他形式的能量。结合上式，将微量元素段的单位时间和单位体积与式(18)，并进一步简化得到方程(19)：

当应变率的变化率很小时，在等式（19)可以忽略。因此，当应变率一定时，冲击荷载作用于砂岩试件两端的力为一对平衡力。

通过理论分析，获得了动态力学的基本参数和冲击载荷下砂岩动态能量的表达，从理论上验证了基于三波法的动态力学数据的可行性。此外，为了确保测试的可靠性，有必要在冲击载荷下验证砂岩样本的应力平衡。数字5显示砂岩标本的典型应力平衡试验曲线。通过测试应力平衡，标本上的应力符合应力平衡假设。而且，可以发现可以满足标本两端的应力平衡，这表明砂岩标本的加工和放置符合SHPB一维应力波假设，最终摩擦和惯性效果要求。这也表明，通过该实验中的SHPB器件获得的实验结果是可靠的。

4.结果和分析

4．1.静力力学试验结果分析

为了掌握损坏的砂岩的静态力学性能，并更好地解释动态力学定律，该试验在砂岩上进行静态加载试验，具有不同程度的损坏，以探讨受损砂岩的静态力学性能。通过装载6个非破坏性砂岩并采取砂岩样本强度的平均值，单轴抗压强度σ._B.为60.21 MPa。然后，采用不同的循环荷载阈值对非破坏性砂岩进行不同程度的损伤处理。循环荷载阈值为0.2σ._B., 0.4σ._B., 0.6σ._B.和0.8σ._B.，每个砂岩试件的循环加载次数为10倍。因此，从应力历史来看，这些砂岩的损伤程度分别为20%、40%、60%和80%。每组选取6个标准圆柱形试件进行静态机械强度试验。结果如表所示1．

根据结果​​，在10个应力值为0.2的10个循环后，受损砂岩的应力降低率分别为2.06％，7.40％，24.31％和55.39％σ._B., 0.4σ._B., 0.6σ._B.和0.8σ._B.,分别。随着损坏程度的增加，损坏砂岩的单轴抗压强度降低，随着损坏程度的增加，减少的幅度逐渐增加。将损坏的砂岩的循环载荷阈值比拟合到强度减小率的循环载荷阈值比例如图所示6．

从拟合结果，循环负载阈值的拟合曲线和受损砂岩的应力减少率是y = 1.6088X²−0.7242X+ 0.1024，以及拟合度R²是0.9994，表明拟合度非常好。从拟合功能，也可以得出结论，损坏砂岩的单轴抗压强度随着循环负载阈值的增加而降低，损坏程度越高，强度降低，较快，这与机械性能有关砂岩。

当循环负载阈值小于0.4时σ._B.，砂岩中的机械特性主要显示初级孔的压实和弹性变形[21]砂岩中的变形轴承介质主要是固体矿物颗粒[22];在该阶段，内砂岩的变形可以在除去外力的情况下主要回收，并且不能仅回收少量变形。与此同时，砂岩中的裂缝数量小，比例很小[23］．因此，砂岩的强度并没有损失很大，并且损坏的砂岩的单轴抗压强度较小。当循环负载阈值达到0.6时σ._B.，裂纹在砂岩试样中呈随机分布[24］．裂缝尚未穿透，但是在前两个循环负载阈值的作用下在砂岩中产生的裂缝的数量较大，比例更大。同时，砂岩的塑性变形之比也大于前两个阶段的比例，砂岩强度的降低也更大。与前两个循环阈值相比，单轴抗压强度的降低显着增加。继续增加循环负载阈值，直到0.8σ._B.，砂岩中的裂缝比前三个阶段多，有些裂缝是通过[25，但砂岩的主裂缝尚未贯通，所以此时的砂岩仍有一定的承载能力。与前三个阶段相比，在去除外力后，不可恢复变形比例达到最大值。因此，在此循环荷载阈值下，损伤砂岩的单轴抗压强度最大且最快。

通过对损伤砂岩静态力学特性的分析发现，随着循环荷载阈值的增大，损伤砂岩的应力减少率呈二次函数单调增大，且增长速率逐渐增大。通过对损伤砂岩力学机理的分析，掌握了不同程度的损伤砂岩结构变化，并与宏观力学性质相匹配。那么这些内部结构的变化是如何影响损伤砂岩的动态力学性能的呢?动态力学性能的变化规律是什么?接下来，我们通过分析碰撞动力学实验进行探讨。

4．2.动态力学试验结果分析

通过分析具有不同程度的损伤砂岩样本的动态力学性能，可以发现，当冲击气体压力为0.3MPa，0.4MPa和0.5MPa时，砂岩具有不同程度损坏的砂岩的动态力学性能是一致的。由于空间限制，本文仅在冲击气体压力为0.4MPa时分析损坏砂岩的动态机械性能，以探讨因不同循环负载阈值损坏的砂岩的动态力学性能。用三波法处理动态机械参数后，获得不同损坏砂岩的动态应力值，分析并计算损坏的砂岩的能量。结果统计显示在表中2．

从测试结果可以看出，尽管砂岩的损伤程度在不同的循环载荷下不同，但与静态机械强度相比，动态强度增加。将上述静态机械性能与砂岩内部结构的变化相结合，具有不同程度的损坏，随着循环负载阈值的增加，损坏砂岩的应力降低比率增加，应力减小率是关于循环负载的一定的二次函数临界点。损坏砂岩的动态应力减小率与循环负荷上限之间的关系是否遵循上述法律？

通过分析，可以发现非破坏性砂岩的动态抗压强度为72.33MPa。当循环负载阈值为0.2时 ，0.4 ，0.6 ，和0.8 ，分别，动态抗压强度分别对应于70.37MPa，65.80MPa，51.97MPa和29.48MPa。相比之下，由于循环负载阈值增加，损坏砂岩的动态抗压强度逐渐减小，这与静态力学所提供的法律一致，这表明损坏砂岩的内部结构的变化也影响其动态机械性能。类似地，分析了通过改变具有循环负载阈值的动态压缩强度的动态应力减小比的变化，如图所示7．同时，为了便于分析，引入了动态强度增加因子(DIF)，即动态机械强度与静态机械强度之比[26]，如等式所示（20.），并且计算结果如表所示3.： 在哪里代表砂岩的动态抗压强度代表砂岩的静态抗压强度。

由拟合结果可知，拟合曲线为 ，以及拟合度为0.99995，表明动态抗压强度高度安装。从拟合功能，获得了损坏砂岩的动态抗压强度随着循环负载阈值的增加而降低的法律，损坏程度越高，强度降低了。这也与受损砂岩的静态压缩强度呈现的法律一致。

SHPB技术引入我国以来，许多学者对岩石进行了大量的试验研究，取得了丰硕的成果[27- - - - - -30.］．大量先前的测试数据和相关文献表明弹性脆性材料中存在显着的应变率效应;也就是说，应变率的变化对材料的机械特性产生了很大影响，因此动态冲击载荷下弹性和脆性材料的强度高于静态条件下测量的样品的强度;也就是说，动态强度增加因子（DIF）> 1。

通过对比不难发现，随着损伤程度的增加，动态强度增加因子(DIF)逐渐减小，这是因为不同循环荷载阈值后的砂岩密度不同，结构中脆弱面数量和规模不同。根据Griffith强度理论，在静载荷作用下，这些不同数量、不同尺度的裂纹由于尖端效应产生应力集中而断裂[31］．因此，砂岩损伤越大，裂缝数量越多，强度越低。在冲击载荷作用下，应变速率越高，裂纹尺寸和数量越大，裂纹尖端效应越明显。与非破坏性砂岩相比，这种现象导致砂岩的应变率效应相对较弱，动态应力降低较快。随着裂缝数量的增加，砂岩的能量积累能力减弱。在砂岩的应变能释放之前，试样需要吸收的能量较少，裂纹越多，这种现象越明显[32］．此外，在低应变率静荷载作用下，砂岩内部裂纹逐渐扩展，导致整个砂岩破坏失稳。冲击荷载作用下，在应变率效应减弱和裂纹尖端效应的共同作用下，砂岩动强度下降较快。因此，裂纹数目和大小对强度弱化的影响比静载下更为明显。这也是动强度增加因子(DIF)随着循环荷载上限的增大而逐渐减小的原因。为验证DIF约简定律，通过对两个拟合函数的分析，从数学理论出发证明，如式(21)．计算该功能的第一导数，发现该函数在损伤阈值范围内单调增加，y总是大于0.这表明受损砂岩的动态应力降低速率比静态应力降低率快，因此不同单调减少： 在哪里是砂岩的动态应力减少率和是损坏砂岩的静态应力降低速度。

通过对损伤砂岩动应力和动强度增加因子(DIF)的分析，掌握了损伤砂岩动力学的基本性质，但仅通过动强度分析损伤砂岩的动力学性质是不够的。因此，结合能量耗散分析了损伤砂岩的动力力学特性和能量演化。图中显示了不同破坏程度砂岩的能量随时间的演化曲线8- - - - - -12．同时，事件能量中各种能量百分比的统计数据如表所示4，绘制了不同程度的损坏的砂岩中每种能量的比例，如图所示13．

结合方程(7），损坏砂岩的能量演化如图所示8- - - - - -12．随着时间的推移，入射能量，耗散能量，反射能量和传输能量的四个能量逐渐增加。最初的50个能量中没有重大变化 μ.S，因为应力波在此范围内处于上升期[28］．对于弹性变形阶段的非破坏性砂岩和低应力循环砂岩，砂岩吸收的能量主要以弹性能量的形式储存[26］．适用于0.6的受损砂岩和0.8作为循环负载阈值，样本中存在许多裂缝[33[在受损砂岩中随机分布的裂缝的作用下，应力波以反射能量的形式存在。但是，在50期间 μ.年代到250μ.S，四种能量的生长率存在显著差异，且这一阶段范围内四种能量的生长率均达到最大值。250年之后μ.S时，砂岩内部的裂缝迅速扩展并产生新的裂缝，直至裂缝渗透到一定程度。同时，砂岩中储存的应变能被释放，进一步促进环形裂缝的发展。最终，四种能量趋于稳定值，因此能量增长率也小于前一阶段。

从图中可以看出8来13和表4在相同的冲击压力下，入射能量相同，但不同损伤程度砂岩的耗散能、反射能和透射能所占比例不同。对于非破坏性砂岩，波阻抗与入射杆的波阻抗相匹配。因此,当应力波到达砂岩样品之间的接触表面和事件栏,反映应力波很小,除了一小部分的应力波传播的传动杆的形式传播的应力波,和其余的应力波在试样吸收,用于砂岩试样的开裂和破裂，并最终以能量的形式消散。因此，非破坏性砂岩在冲击荷载作用下的能量主要以耗散能的形式来破坏砂岩试件，同时，一定比例的传递能量被阻尼器吸收。

根据上述砂岩的静态力学性能，在不同的循环载荷下损坏砂岩的内部结构是不同的[20.，34］．在0.2的循环载荷下和0.4 ，损伤砂岩内部结构的破坏非常有限，静荷载作用下原始孔隙封闭，封闭区域内砂岩局部劣化。一方面，尽管原生孔隙被压实和封闭，但两侧的自由面相互挤压和封闭，但这并没有改变原生孔隙封闭区存在弱面的事实;另一方面，在低应力循环荷载作用下，岩石虽然以弹性变形为主，但仍会出现一些新的裂缝，这些裂缝也是软弱面[20.］．在冲击载荷下，应力波在达到样本的接触面和样本中的弱面上时，损坏砂岩的弱表面不在同一平面中，而是随机分布在损坏的砂岩中[35］．因此，当发生弱面的任何平面时，发生反射和传输，并且较弱的脸部，反射的数量越大，导致大反射能量和小的传输能量。此外，当循环负载为0.4时对于砂岩试件，其内部产生的弱面略大于0.2 ．但由于它们也处于弹性阶段，在数量上没有明显差异，只是略有增加[36］．因此，当循环荷载的上限为0.2时和0.4 ，应力波的反射和传输并不大得多。循环载荷为0.4从反射的应力波的增加是0.2的少量增加 ．

在上述两个循环载荷下，砂岩中没有明显的裂缝。因此，与非破坏性砂岩相比，能量变化很小。随着循环负载阈值增加到0.6 ，砂岩中产生的裂缝数量较大，规模较大。此时，裂缝随机分布在受损砂岩中。当应力波遇到规模较大、数量较多的裂纹时，应力波产生较大比例的反射，较小比例的透射。随着循环荷载阈值的不断增大，直至0.8 ，在破坏砂岩中随机分布的裂缝已形成穿透，但主裂缝尚未穿透。因此，砂岩在宏观上仍然是完整的，但密集的交错裂缝使砂岩在这个时候失去了大部分的承载能力。当应力波传播到这类砂岩试样时，透射波很少，大部分以反射波的形式存在。

总之，当冲击载荷作用于非破坏性砂岩时，内部几乎没有裂缝，所需的制动能量是最大的，因为没有弱面，传动能量也是最大的。此时，事件能量主要用于打破砂岩标本。在两个循环负载阈值的作用下损坏的砂岩为0.2和0.4具有类似的内部结构，因此各种能量的比例非常接近，但后者具有比前者略微较小的耗散的能量。由于存在部分损坏，打破损坏砂岩所需的能量小于非破坏性砂岩。由此，可以发现损坏程度越大，损坏砂岩在冲击载荷下破坏时所需的耗散能量越小。因此，随着循环载荷的阈值增加，散热能量的比例逐渐减小。类似地，随着损伤程度增加，损坏砂岩中弱表面的数量和比例逐渐增加，反射应力波的比例逐渐增加，并且透射应力波的比例逐渐减小。因此，随着损伤程度的增加，反射能量的比例逐渐增加，并且透射能量逐渐减小。

5.讨论

在冲击荷载作用下，砂岩的破坏过程与能量演化密切相关。理论上，在相同的冲击压力下，砂岩的破坏规律大致相同。基于岩石的Kaiser效应，结合工程实际情况，对砂岩进行不同的循环荷载阈值处理，使砂岩具有不同程度的损伤。分析循环加载后损伤砂岩的静态力学性能和内部结构的差异，并进一步分析其动态力学性能的差异。这也是由于砂岩在静荷载作用下的内部结构不同，导致不同损伤程度砂岩的动强度增强因子不同。在冲击载荷作用下，由于砂岩中不同损伤程度的裂缝数量和规模不同，应力波在传播过程中发生不同程度和比例的反射和传播。同时，不同损伤程度的砂岩吸收的能量也不同。这也使得相同入射能量下不同损伤程度砂岩损伤所需的耗散能不同，这也导致了反射能与入射能的比例不同。在岩爆倾向较高的煤矿中，通过分析冲击荷载作用下岩石的能量演化规律可以发现，随着损伤程度的增加，耗散能所占比例减小，反射能所占比例增大。也就是说，用较少的能量来破碎岩石，但反射能量增加的比例也应注意。 Since the effect of reflection and stretching is strong on the brittle materials such as rocks, when studying dynamic disasters such as rock bursts, the damage degree of the rock should be combined, the relative relationship between the transmitted energy and the dissipated energy under the impact load should be explored, and the types of dynamic disasters should be analyzed for formulating a more reasonable solution to the danger and preventive measures. By systematically studying the dynamic mechanical properties and energy evolution laws of sandstones with different damage degrees, it provides a certain reference for the research and prevention of the treatment of rock burst mechanism.

6.结论

（1）不同循环加载阈值下的砂岩损伤程度不同。损伤砂岩单轴抗压强度的应力折减率和动应力折减率随循环荷载阈值的增大而增大，且两者与循环荷载阈值呈一元二次函数关系。(2）在相同的冲击压力下，受损砂岩的动态强度增加因子（DIF）大于1，随着循环负载阈值的增加而降低。（3）一定条件下的冲击载荷,由于裂缝的数量和规模的差异在砂岩具有不同程度的损伤,裂缝的综合影响下,受损的单位体积耗散能量密度砂岩随循环荷载阈值的增加,而反射能的变化规律与阈值相反。（4）在煤矿的岩石爆裂趋势中，危险水平的岩石爆发，特别是深煤矿，应首先分析岩体的损伤程度，然后应根据其影响动力学确定传动能量和耗散能量之间的相关性表现，应分析动态灾害的原因，应采取合理措施来解决危险。

数据可用性

用于支持本研究结果的实验​​数据包括在文章中。

利益冲突

作者宣布没有关于本文的出版物的利益冲突。

致谢

这项工作得到安徽省自然科学基金的资助（1908085QE226，1908085QE186和1908085QE184）以及安徽科技大学的年轻教师科学研究基金会（没有。QN2018117）。

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