低温对饱和多孔岩石动态Ⅱ型断裂性质的影响

研究高寒和北极地区岩石工程的动态Ⅱ型(剪切)断裂性质至关重要。然而，零下温度对岩石这些断裂参数的影响仍未被探索。因此，本研究采用并制作了短岩心压缩试样(SCC)，以研究多孔白砂岩(WS)在不同环境温度(-55℃，-40℃，-25℃，-10℃，0℃和20℃)下的动态Ⅱ型断裂参数。紧接着对饱和的多孔白砂岩 SCC 试样进行了测试，并利用相同工况下干燥试样为对照组。采用配备了超高速摄影的低温 SHPB 系统对 SCC试样进行动态试验。此外，利用三维激光扫描对回收试样的断裂面进行了定量表征。结果表明：在不同的温度下，WS试件的动态Ⅱ型断裂韧性(DFE)和动态断裂能随加载率的增大而增大;在特定加载率下，饱和WS的动态Ⅱ型断裂韧性在 0℃降至-10℃时呈现初始增长，在-25℃时呈现下降趋势，在-25℃以下继续下降，最终再次增加。然而，零下温度对干燥WS试样的Ⅱ型断裂韧性影响较小。饱和和干燥WS试样的断口表面粗糙度随环境温度的变化趋势与断裂韧性的变化趋势一致。然而，当温度高于 0℃时，饱和和干燥 WS 试件的 DFE 几乎相同。温度低于 0℃时，干燥 WS 试件的DFE大于饱和WS试件的DFE。这些现象归因于孔隙中的水冰相变和微裂纹尖端孔隙冰的冲击融化。随着加载率的增加，SCC试样的断裂面分形维数呈下降趋势，这与动态破坏过程中发生穿晶断裂增加有关。