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水-力耦合条件下砂岩声发射和能量耗散的颗粒流模拟
第36 卷第5 期 岩 土 力 学 Vol.36 No.5
2015 年5 月 Rock and Soil Mechanics May 2015
DOI ：10.16285/j.rsm.2015.05.034
水-力耦合条件下砂岩声发射
和能量耗散的颗粒流模拟
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穆 康 ，俞 缙 ，李 宏 ，蔡燕燕 ，陈 旭
（1. 华侨大学 岩土工程研究所，福建 厦门 361021 ；2. 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州 221008 ；
3. 大连理工大学 土木与水利学院，辽宁 大连 116024）
摘 要：对砂岩进行水-力耦合三轴试验和声发射实时监测，得到水-力耦合作用下砂岩应力-应变曲线和声发射数据。根据
试验条件和结果建立离散元颗粒流的水-力耦合双轴模型，研究砂岩声发射和能量演化规律。通过定义耗散能，用耗散能增
量较好地诠释了声发射的发展规律。利用微破裂源可追踪声发射局域源，得到水-力耦合条件下的声发射空间分布和裂纹类
型。研究表明：（1）孔隙水压力对颗粒的拖拽力削弱了颗粒间的平均接触力，从而降低了砂岩整体强度。（2 ）孔隙水压力
反映出对弹性应变能有一定程度的反复 “贮存和清空”作用，造成声发射能量相对离散和峰后的应力波动。（3）渗透压的
存在提升了总输入能的耗散效率，降低了总输入能和弹性应变能，须综合考虑总输入能 （弹性应变能）和耗散效率才能确定
累计耗散能。（4 ）裂纹分布表现为可能出现与主剪切带呈一定夹角的伴生裂隙带，且受水-力梯度影响，进水端比出水端更
密集。（5 ）张拉裂纹与剪切裂纹的比值于峰值强度处显著增加，峰后趋于稳定。
关 键 词：砂岩；水-力耦合；声发射；颗粒流程序；能量耗散
中图分类号：TU 452 文献识别码：A 文章编号：1000－7598 (2015) 05－1496－09
Acoustic emission of sandstone with hydro-mechanical coupling
and PFC-based modelling of energy dissipation
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