劉慧 張堯 張二鋒 藺江昊 贠燁輝

摘 要：孔隙砂巖在單軸壓縮作用下的破壞過(guò)程及模式對(duì)能源開(kāi)采和地下空間工程建設(shè)具有重要意義。以陜西渭南細(xì)粒砂巖和咸陽(yáng)粗粒砂巖為研究對(duì)象，進(jìn)行了不同粒徑的砂巖在單軸壓縮荷載作用下的高速攝影實(shí)時(shí)觀測(cè)試驗(yàn)，獲得了兩種粒度巖樣在各個(gè)破壞階段的圖像，揭示出兩種不同粒度巖樣單軸壓縮過(guò)程中宏觀裂紋萌生、擴(kuò)展、貫通直至巖樣破壞的全過(guò)程。探討了孔隙砂巖粒度對(duì)其宏觀變形破壞過(guò)程和模式的影響規(guī)律。研究表明，粒徑是影響孔隙砂巖單軸壓縮破壞模式的一個(gè)重要因素，細(xì)粒砂巖在破壞瞬間產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)力效應(yīng)，而粗粒砂巖在破壞瞬間則沒(méi)有。粗粒砂巖破壞模式表現(xiàn)為拉伸劈裂，而細(xì)粒砂巖破壞模式表現(xiàn)為剪切滑移。從巖樣宏觀裂紋產(chǎn)生到裂紋貫通過(guò)程中，粗粒砂巖裂紋擴(kuò)展持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，而細(xì)粒砂巖持續(xù)時(shí)間較短。在殘余試件完整性方面，粗粒砂巖完整性較好，細(xì)粒砂巖較差。關(guān)鍵詞：孔隙砂巖;高速攝影;實(shí)時(shí)觀測(cè);破壞過(guò)程;模式中圖分類(lèi)號(hào)：TU 458

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2020）06-01010-09

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2020.0611開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Experimental on failure process of porous

sandstone under uniaxial compression

LIU Hui，ZHANG Yao，ZHANG Er-feng，LIN Jiang-hao，YUN Ye-hui

（College of Civil and Architectural? Engineering，Xian University of Science and

Technology，Xian 710054，China）

Abstract：The failure process and mode of porous sandstone under uniaxial compression have importanct influenceon energy exploitation and underground space engineering construction.Taking the Weinan finely-grained sandstone and Xianyang coarsely-grained sandstone in Shanxi as the research object，the high-speed photographic real-time observation experiment of sandstones with different grain sizes under uniaxial loading were carried out，and the images of the two granularity rock samples in each failure process stage were obtained.The whole process of initiation，propagation and penetration of macroscopic cracks in the uniaxial compression process of rock samples with different particle sizes is carried out.The influence of particle size of sandstone on its macroscopic deformation and failure process and mode is discussed.It is found that particle size is an important factor to affect the uniaxial compression failure mode of pore sandstone.Finely-grained sandstone produces strong dynamic effects at the moment of failure，while coarsely-grained sandstone does not have.The coarse sandstone failure mode is tensile splitting，while the fine sandstone failure mode is shear slip.During the crack propagation from the macroscopic crack of the rock sample，the crack propagation of the coarsely-grained sandstone lasts longer than the finely-grained sandstone.In terms of the integrity of the residual test piece，the coarsely-grained sandstone has better integrity than the finely-grained sandstone.

Key words：porous sandstone;high speed photography;real-time observation;failure process;mode

0 引 言

中國(guó)孔隙砂巖分布廣泛，主要分布于四川、云南、山東以及陜西、山西、河北和河南等地。這些地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，砂巖的破壞過(guò)程和破壞模式對(duì)這些地區(qū)的能源開(kāi)采和地下空間工程建設(shè)具有重要影響。因此，進(jìn)行孔隙砂巖受荷破壞過(guò)程及模式的研究，具有重要理論價(jià)值和實(shí)際工程應(yīng)用意義。

國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)單軸壓縮荷載作用下的砂巖力學(xué)特性進(jìn)行了大量的研究。楊圣奇等通過(guò)單軸壓縮試驗(yàn)，探究了含孔洞裂隙砂巖的力學(xué)特性，分析了裂隙角對(duì)含組合缺陷砂巖試件強(qiáng)度和變形行為的影響及裂紋聚結(jié)過(guò)程在巖石的變形破壞中起的作用[1-2]。朱譚譚等開(kāi)展了預(yù)制雙圓形孔洞的板狀砂巖的壓縮試驗(yàn)，研究了孔心距和傾角對(duì)砂巖強(qiáng)度、變形特征及破裂演化過(guò)程等的影響規(guī)律[3]。張仕林等采用單軸壓縮試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)值模擬方法，研究了紅砂巖裂隙在不同張開(kāi)度條件下的擴(kuò)展機(jī)理[4]。趙程等利用數(shù)字圖像相關(guān)方法（DICM），對(duì)含不同預(yù)置單裂紋的類(lèi)巖石材料在單軸壓縮作用下的裂紋擴(kuò)展規(guī)律及巖體細(xì)觀損傷演化機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究[5]。李樹(shù)剛等利用自主研發(fā)的YYW-Ⅱ應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限壓縮儀及高精度聲發(fā)射（AE）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研究了含不同寬度預(yù)制裂隙的類(lèi)巖石材料試樣在單軸壓縮條件下的受力變形和破壞模式，分析了預(yù)制裂隙寬度對(duì)類(lèi)巖石材料破壞的影響規(guī)律[6]。李化敏等利用偏光顯微鏡、掃描電鏡、核磁共振儀等試驗(yàn)手段，獲得了砂巖的成分、微觀結(jié)構(gòu)與孔隙特征，研究了砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)與其彈性模量、單軸抗壓強(qiáng)度等之間的關(guān)系[7]。種玉配等以粗粒砂巖為研究對(duì)象，進(jìn)行不同低溫條件下的單軸壓縮試驗(yàn)，探討了低溫對(duì)飽水粗粒砂巖彈性模量、單軸抗壓強(qiáng)度和泊松比的影響以及低溫飽水粗粒砂巖的破壞模式[8]。陳紹杰等對(duì)不同粒度紅砂巖進(jìn)行了巴西劈裂拉伸與單軸壓縮試驗(yàn)，分析了顆粒粒度對(duì)巖石力學(xué)特性的影響規(guī)律[9]。魏洋等進(jìn)行了砂巖單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，從臨界慢化的角度研究巖體破裂失穩(wěn)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)特征[10]。肖福坤等利用TAW-2000 kN壓力機(jī)、TYJ-500 kN壓力機(jī)和SH-II聲發(fā)射系統(tǒng)，對(duì)粗砂巖和細(xì)砂巖裂紋擴(kuò)展過(guò)程中的力學(xué)特性和聲學(xué)特征開(kāi)展了研究[11]。劉強(qiáng)等針對(duì)南方廣泛存在礦山巖體含水層中的砂巖，利用RMT-150C試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了單軸壓縮試驗(yàn)[12]。劉之喜等為了探究巖石單軸壓縮試驗(yàn)過(guò)程中的能量演化規(guī)律，利用RMT-150b巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)采用相同的加載速率對(duì)白砂巖分別進(jìn)行了單軸壓縮試驗(yàn)、單軸分級(jí)加卸載試驗(yàn)，并對(duì)單軸壓縮過(guò)程中彈性能、耗散能及其比值等進(jìn)行了分析[13]。楊大方等對(duì)含有不同幾何狀態(tài)的裂隙細(xì)砂巖進(jìn)行了單軸壓縮試驗(yàn)，分析了巖橋傾角和巖橋?qū)挾葘?duì)裂隙細(xì)砂巖試樣裂紋起裂、擴(kuò)展過(guò)程以及破壞模式的影響[14]。趙國(guó)彥等采用INSTRON-1346型液壓伺服控制試驗(yàn)機(jī)對(duì)含不同幾何形狀孔洞的紅砂巖進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，分析了孔洞形狀對(duì)巖石力學(xué)特性和斷裂損傷演化規(guī)律的影響[15]。季晶晶等開(kāi)展單軸壓縮條件下巖石預(yù)制裂隙擴(kuò)展破壞過(guò)程試驗(yàn)，分析了裂隙傾角對(duì)巖石變形、強(qiáng)度和裂隙擴(kuò)展破壞方式的影響規(guī)律[16]。

PRIKRYL等研究了花崗巖礦物顆粒的大小與單軸抗壓強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系，認(rèn)為其強(qiáng)度與顆粒粒度是對(duì)數(shù)關(guān)系[17]。

在加載速率、破裂損傷演化特征、圍壓效應(yīng)、溫度等方面對(duì)砂巖單軸壓縮力學(xué)性能的影響方面也有不少學(xué)者進(jìn)行了一系列研究[18-26]。

上述研究成果通過(guò)開(kāi)展砂巖在單軸壓縮作用下宏、細(xì)觀實(shí)驗(yàn)，著重探討砂巖在單軸壓縮荷載作用下的受力及變形特性研究，且相關(guān)成果多集中于含裂隙砂巖的研究，對(duì)于孔隙砂巖在單軸壓縮作用下的破壞過(guò)程中的特性及破壞模式的研究較少。文中采用高速攝影技術(shù)，實(shí)時(shí)觀測(cè)不同粒度孔隙砂巖在單軸壓縮荷載作用下的破壞過(guò)程，通過(guò)分析不同加載階段兩種不同粒度孔隙砂巖的宏觀破壞圖像，探討不同粒度孔隙砂巖的破壞模式，為地下工程圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)設(shè)計(jì)等技術(shù)問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)。

1 不同粒度砂巖單軸壓縮破壞過(guò)程試驗(yàn)

1.1 兩種不同粒度孔隙砂巖試樣

1.1.1 粗粒砂巖

取自陜西咸陽(yáng)，呈褐紅色，質(zhì)地均勻，色澤統(tǒng)一，內(nèi)部孔隙較大，密實(shí)性差，顆粒粒徑在0.5～2 mm內(nèi)，屬于粗粒砂巖。由砂礫泥質(zhì)膠結(jié)而成，主要成分為長(zhǎng)石、石英和白云母等。

1.1.2 細(xì)粒砂巖

取自陜西渭南，呈淺褐紅色，質(zhì)地均勻，色澤統(tǒng)一，內(nèi)部孔隙較小，密實(shí)性好，顆粒粒徑在0.05～0.25 mm內(nèi)，屬于細(xì)粒砂巖。由砂礫泥質(zhì)膠結(jié)而成，主要成分為長(zhǎng)石、石英和白云母等。

依據(jù)《水利水電工程孔隙砂巖試驗(yàn)規(guī)程》（SL264—2001）在西安科技大學(xué)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成標(biāo)準(zhǔn)巖石試樣的加工（圖1），巖樣物理參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及方案

觀測(cè)不同粒度孔隙砂巖在單軸壓縮荷載作用下的破壞過(guò)程的試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)（圖2）包括高速攝像機(jī)、光源和電液伺服控制低溫高壓巖土三軸測(cè)試系統(tǒng)。

Photron FASTCAM Mini UX型高速攝像機(jī)，最高分辨率為1 280×1 024，拍攝速率為4 000 fps，最短曝光時(shí)間為3.9 μs，能夠完成孔隙砂巖破壞瞬間高分辨率影像的采集，捕捉顆粒、碎塊的運(yùn)動(dòng)軌跡。本次試驗(yàn)采用1 280×1 000的分辨率，拍攝速率采用

1 000 fps.

RTX-1500型電液伺服控制低溫高壓巖土三軸測(cè)試系統(tǒng)，最大加載荷載為1 500 kN，最大測(cè)量變形為軸向12 mm和徑向±6 mm，與高速攝像機(jī)同步試驗(yàn)，實(shí)時(shí)采集兩種不同粒度砂巖在各個(gè)加載階段的徑向、軸向變形數(shù)據(jù)。本次試驗(yàn)加載速率為0.06 mm/min，加載速率在試驗(yàn)全過(guò)程保持不變。

調(diào)試兩臺(tái)攝像機(jī)和光源，從兩個(gè)不同角度全方位捕捉單軸壓縮破壞過(guò)程中巖樣破壞圖像。加載的同時(shí)立即進(jìn)行初攝，以獲取加載前的巖樣圖像和加載時(shí)間。采用位移控制式進(jìn)行加載，加載速度為0.06 mm/min.加載后隨時(shí)觀察巖樣表面和應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分別在彈性階段、接近屈服強(qiáng)度前、巖樣破壞后進(jìn)行多次拍攝，特別是在巖樣表面產(chǎn)生宏觀裂紋后進(jìn)行多次抓拍，以獲取兩組不同粒度孔隙砂巖6個(gè)巖樣在加載過(guò)程中不同破壞階段的全過(guò)程圖像。試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)采集并換算成對(duì)應(yīng)的應(yīng)力與應(yīng)變數(shù)據(jù)并輸出到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，繪制出應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 單軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果

圖3～圖4為試驗(yàn)得到的兩組不同粒度孔隙砂巖單軸壓縮過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。

圖5、圖6為巖樣在不同加載過(guò)程中裂紋擴(kuò)展貫通的圖像。根據(jù)拍攝時(shí)間，可計(jì)算出各破壞圖像所對(duì)應(yīng)的加載大小和巖樣強(qiáng)度。限于篇幅，僅以巖樣B1和E5為例，進(jìn)行破壞過(guò)程的分析。巖樣B1強(qiáng)度為圖3中A、B、C點(diǎn)時(shí)，其破壞過(guò)程圖像分別對(duì)應(yīng)圖5中（a）、（b）、（c）圖像。巖樣E5強(qiáng)度為圖4中D、E、F點(diǎn)時(shí)其破壞過(guò)程圖像分別對(duì)應(yīng)圖6中（a）、（b）、（c）圖像。

2.2 單軸壓縮作用下孔隙砂巖破壞過(guò)程分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)出巖樣B1和E5宏觀裂紋在單軸壓縮荷載全過(guò)程的變化情況，見(jiàn)表2.

對(duì)于細(xì)粒砂巖B1，其加載破壞過(guò)程表現(xiàn)為：在加載時(shí)間為1 228.64 s時(shí)，細(xì)粒砂巖第1條宏觀裂紋出現(xiàn);且該裂紋快速擴(kuò)展，在極短的時(shí)間內(nèi)迅速分叉并貫通，整體破壞發(fā)生在瞬間，破壞時(shí)能量釋放在瞬間完成，伴有巖屑崩濺以及巨大響聲等類(lèi)似巖爆現(xiàn)象。整個(gè)破壞過(guò)程裂紋形態(tài)變化快，破壞后的巖樣整體性較差，碎塊、巖屑多。

對(duì)于粗粒砂巖E5，其加載破壞過(guò)程表現(xiàn)為：在加載時(shí)間為520.83 s時(shí)，粗粒砂巖第1條宏觀裂紋出現(xiàn)，但是該裂紋擴(kuò)展慢，無(wú)分叉，經(jīng)過(guò)198.98 s后該裂紋才貫通，整體破壞過(guò)程較慢。破壞時(shí)巖樣沒(méi)有產(chǎn)生巖石碎屑，破壞時(shí)能量散發(fā)較為緩和。粗粒砂巖孔隙大，膠結(jié)差，利于能量耗散，在破壞時(shí)沒(méi)有很大響聲;裂紋形態(tài)簡(jiǎn)單且變化慢。

兩種不同粒度巖樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均經(jīng)過(guò)壓密階段、彈性階段、彈塑性階段以及破壞階段，但粗粒砂巖和細(xì)粒砂巖在應(yīng)力-應(yīng)變曲線各個(gè)階段內(nèi)展現(xiàn)出不同的特征（圖3、圖4）。

2.2.1 壓密階段

粗粒砂巖的壓密階段相對(duì)細(xì)粒砂巖較長(zhǎng)，粗粒砂巖內(nèi)部含有更多孔隙、微孔洞等缺陷，礦物顆粒膠結(jié)程度較弱，而細(xì)粒砂巖整體性和均質(zhì)性較好。

2.2.2 彈性階段

在彈性變形期間，細(xì)粒砂巖加載過(guò)程比粗粒砂巖長(zhǎng)，其彈性模量遠(yuǎn)高于粗粒砂巖。細(xì)粒砂巖致密，具有更好的整體性，剛度大，抵抗彈性變形的能力強(qiáng)。

2.2.3 彈塑性階段

細(xì)粒砂巖曲線到達(dá)其峰值強(qiáng)度以近似直線的方式，而粗粒砂巖曲線仍具有一定的平滑區(qū)域在到達(dá)峰值強(qiáng)度前，粗粒砂巖和細(xì)粒砂巖相比有較大的塑性變形。細(xì)粒砂巖彈塑性階段較短，近乎沒(méi)有出現(xiàn)。

2.2.4 破壞階段

試件到達(dá)峰值強(qiáng)度后很快破壞，細(xì)粒砂巖瞬間破裂，且破裂時(shí)伴隨有巨大爆裂聲。粗粒砂巖破壞時(shí)的應(yīng)變值較大，說(shuō)明在承受載荷后具有較高的變形特性。

2.3 粒徑對(duì)孔隙砂巖力學(xué)特性影響分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，細(xì)粒砂巖的單軸抗壓強(qiáng)度是粗粒砂巖的21.34倍，彈性模量為粗粒砂巖的10.24倍，密度為粗粒砂巖的1.33倍（表3）。細(xì)粒砂巖粒徑小，內(nèi)部構(gòu)造嚴(yán)密，密實(shí)性好，膠結(jié)強(qiáng)度高，宏觀上也呈現(xiàn)出很強(qiáng)的力學(xué)性質(zhì)。而粗粒砂巖粒徑大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，膠結(jié)強(qiáng)度弱，宏觀力學(xué)性能低?？梢?jiàn)，粒徑是影響巖石力學(xué)性能的重要因素。

3 粒度對(duì)砂巖破壞模式的影響分析

3.1 表面宏觀裂紋形態(tài)分析

采用全局閾值法中的大津法對(duì)高速攝影試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行圖像處理和分析。大津法的基本原理是：通過(guò)設(shè)定閾值，將圖像分割為兩組，一組灰度對(duì)應(yīng)目標(biāo)，另一組灰度對(duì)應(yīng)背景，則這兩組灰度值的類(lèi)間方差最大，類(lèi)內(nèi)方差最小。對(duì)于巖樣破壞過(guò)程產(chǎn)生的裂紋而言，裂紋即為目標(biāo)，除裂紋外的其他部分即為背景。通過(guò)圖像分割，可準(zhǔn)確提取裂紋，展現(xiàn)巖樣破壞過(guò)程中裂紋的萌生、擴(kuò)展、貫通和破壞的全過(guò)程，并對(duì)巖樣破壞過(guò)程進(jìn)行定量分析。對(duì)兩種不同粒度孔隙砂巖破壞過(guò)程圖像進(jìn)行二值化處理結(jié)果如圖7～圖8所示。

根據(jù)二值化圖像處理結(jié)果可直觀地觀察巖樣破壞過(guò)程中裂紋形態(tài)及變化特征。細(xì)粒砂巖B1在開(kāi)始加載至89.77 MPa時(shí)，經(jīng)歷時(shí)間1 228.64 s，在巖樣右下角產(chǎn)生翼裂紋（圖7（a））;繼續(xù)加載至應(yīng)力達(dá)到100.46? MPa，在1 285.58 s時(shí)該裂紋擴(kuò)展接近貫通（圖7（b））;在加載時(shí)間到達(dá)1 356.52 s時(shí)，巖樣應(yīng)力達(dá)到103.14 MPa，砰的一聲，巖石碎裂，巖塊四濺，產(chǎn)生巨響，在破壞瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的的動(dòng)力效應(yīng)，在工程實(shí)踐中應(yīng)對(duì)這種情況加以預(yù)防。

粗粒砂巖E5在加載到4.85 MPa時(shí)，經(jīng)過(guò)520.83 s在巖樣下方中部萌生單裂紋（圖8（a））;繼續(xù)加載至601.32 s時(shí)，該裂紋僅沿軸向擴(kuò)展并無(wú)分叉現(xiàn)象（圖8（b））;當(dāng)加載至5.63 MPa時(shí)，裂紋貫通，巖樣破壞（圖8（c））。

綜上，對(duì)2種不同粒度孔隙砂巖破壞過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析可知，粒度不僅影響巖石的力學(xué)性能，對(duì)其破壞過(guò)程也產(chǎn)生巨大差異。細(xì)粒砂巖破壞時(shí)巖塊飛濺而粗粒砂巖則沒(méi)有，細(xì)粒砂巖在加載過(guò)程中吸收能量較多，在破壞的瞬間急劇釋放，宏觀上表現(xiàn)為脆性破壞。粗粒砂巖從宏觀裂紋產(chǎn)生至破壞時(shí)間歷程較長(zhǎng)，產(chǎn)生較大的應(yīng)變，具有較強(qiáng)的塑性形變。

3.2 粒度對(duì)孔隙砂巖破壞模式的影響機(jī)理分析

孔隙砂巖的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)決定其宏觀力學(xué)特性，其最基本構(gòu)成單位為顆粒，大小差異引起砂巖內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的不同，如圖9所示為其微觀示意圖。細(xì)粒砂巖含有碎屑礦物顆粒較多，有膠結(jié)作用的黏土性礦物顆粒含量較少，粗粒砂巖則相反。

如圖10所示，細(xì)粒砂巖粒度較小，碎屑顆粒平均密度高，整體密實(shí)性較好，微觀成分之間接觸面積較大，膠結(jié)作用強(qiáng)，宏觀上表現(xiàn)出較大的抗壓強(qiáng)度，但其殘余試件完整性偏低，試件崩解、解體特性嚴(yán)重;粗粒砂巖則相反，顆粒粒徑較大，膠結(jié)作用較弱，殘余試件完整性較好?？紫渡皫r的顆粒粒度、膠結(jié)方式、組構(gòu)特點(diǎn)、礦物成分等微細(xì)觀特征，引起其宏觀物理力學(xué)特性差異較大，進(jìn)而形成不同的破壞過(guò)程及破壞模式。

細(xì)粒砂巖B1、B2、B3破壞模式如圖11所示，3個(gè)細(xì)粒砂巖均沿主剪切貫通面，主裂紋有分叉，表現(xiàn)為剪切破壞。而粗粒砂巖C5、D5、E5破壞模式如圖12所示，3個(gè)粗粒砂巖均沿一條主裂紋劈裂破壞，主裂紋無(wú)分叉，巖樣破壞時(shí)能夠保持較好的完整性，表現(xiàn)為劈裂破壞。

4 結(jié) 論

1）兩種不同粒度巖樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均經(jīng)過(guò)壓密階段、彈性階段、彈塑性階段以及破壞階段，但在彈性變形期間，細(xì)粒砂巖加載過(guò)程比粗粒砂巖長(zhǎng);細(xì)粒砂巖曲線到達(dá)其峰值強(qiáng)度以近似直線的方式，而粗粒砂巖曲線仍具有一定的平滑區(qū)域;細(xì)粒砂巖彈塑性階段較短。

2）粒徑對(duì)巖樣整個(gè)破壞過(guò)程有重要影響。細(xì)粒砂巖在單軸壓縮荷載作用下。第1條宏觀裂紋產(chǎn)生后，巖樣應(yīng)力迅速到達(dá)峰值強(qiáng)度，且裂紋快速分叉。彈性變形階段所積聚的彈性能在巖樣破壞時(shí)瞬間釋放，使得細(xì)粒砂巖在破壞時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的動(dòng)力效應(yīng)。而粗粒砂巖從宏觀裂紋產(chǎn)生至巖樣破壞過(guò)程中，裂紋擴(kuò)展慢，主裂隙無(wú)分叉，裂紋形態(tài)簡(jiǎn)單且變化慢。粗粒砂巖孔隙大，膠結(jié)差，利于能量耗散，因而破壞時(shí)能量散發(fā)較為緩和，沒(méi)有巖屑飛濺等動(dòng)力效應(yīng)。

3）單軸荷載作用下的高速攝影實(shí)時(shí)觀測(cè)試驗(yàn)中的細(xì)粒砂巖B1、B2、B3殘余試件完整性較差，而粗粒砂巖C5、D5、E5完整性較好。細(xì)粒砂巖B1、B2、B3單軸壓縮破壞模式表現(xiàn)為剪切破壞，而粗粒砂巖C5、D5、E5表現(xiàn)為劈裂破壞。

4）本文初步分析了單軸壓縮荷載作用下粒度對(duì)受荷砂巖破壞過(guò)程及破壞模式的影響，今后應(yīng)考慮更多因素開(kāi)展不同荷載條件下的試驗(yàn)，更全面系統(tǒng)地分析粒度對(duì)砂巖破壞過(guò)程及破壞模式的影響規(guī)律。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1]

楊圣奇，劉相如，李玉壽.單軸壓縮下含孔洞裂隙砂巖力學(xué)特性試驗(yàn)分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31（S2）：3539-3547.YANG Sheng-qi，LIU Xiang-ru，LI Yu-shou.Experimental analysis of mechanical behavior of sandstone containing hole and fissure under uniaxial compression[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineerinng，2012，31（S2）：3539-3547.

[2]YANG S Q，JING H W，XU T.Mechanical behavior and failure analysis of brittle sandstone specimens containing combined flaws under uniaxial compression[J].Journal of Central South University，2014，21（5）：2059-2073.

[3]朱譚譚，靖洪文，蘇海健，等.含雙圓形孔洞砂巖單軸壓縮力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2015，37（6）1047-1056.

ZHU Tan-tan，JING Hong-wen，SU Hai-jian，et al.Mechanical behavior of sandstone containing double circular cavities under uniaxial compression[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2015，37（6）1047-1056.

[4]張仕林，杜貽騰，李廷春，等.單軸壓縮荷載下紅砂巖不同張開(kāi)度三維通透裂隙擴(kuò)展機(jī)理研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，7（4）：548-553.

ZHANG Shi-lin，DU Yi-teng，LI Ting-chun，et al.Propagation mechanism of 3D through fracture with different[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2016，7（4）：548-553.

[5]趙程，劉豐銘，田加深，等.基于單軸壓縮試驗(yàn)的巖石單裂紋擴(kuò)展及損傷演化規(guī)律研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，10（35）：3626-3632.

ZHAO Cheng，LIU Feng-ming，TIAN Jia-shen，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 Engineerinng，2016，10（35）：3626-3632.

[6]李樹(shù)剛，成小雨，劉超.類(lèi)巖石材料壓縮破壞力學(xué)特性及裂紋演化特征[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，37（6）：771-778.LI Shu-gang，CHENG Xiao-yu，LIU Chao.Mechanics and crack evolution characteristics of rock-like material under compression failure[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2017，37（6）：771-778.

[7]李化敏，梁亞飛，陳江峰，等.神東礦區(qū)砂巖孔隙結(jié)構(gòu)特征及與其物理力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，37（4）：9-16.LI Hua-min，LIANG Ya-fei，CHEN Jiang-feng，et al.Relationship between pore structural characteristics and physical-mechanical properties of sandstone in Shendong mining area[J].Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science），2018，37（4）：9-16.

[8]種玉配，熊炎林，齊燕軍，等.低溫飽水粗粒砂巖強(qiáng)度特性和破壞模式研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，38（1）：19-25.ZHONG Yu-pei，XIONG Yan-lin，QI Yan-jun，et al.Study on strength properties and failure model of saturated coarse-grain sandstone under low temperatues[J].

Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science），2019，38（1）：19-25.

[9]陳紹杰，郭宇航，黃萬(wàn)朋，等.粒度對(duì)紅砂巖力學(xué)性質(zhì)影響規(guī)律與機(jī)制制試驗(yàn)研究[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，36（6）：8-14.CHEN Shao-jie，GUO Yu-hang，HUANG Wan-peng，et al.Experimental Study of in fluence regularity and mechanism of particle siae on mechanical properties of red sandstone[J].Journal of Shandong University of Science and Technology，2017，36（6）：8-14.

[10]魏洋，李忠輝，孔祥國(guó)，等.砂巖單軸壓縮破壞的臨界慢化特征[J].煤炭學(xué)報(bào)，2018，43（2）：427-432.WEI Yang，LI Zhong-hui，KONG Xiang-guo，et al.Critical slowing characteristics of sandstone under uniaxial compres-sion failure[J].Journal of China Coal Society，2018，43（ 2）：427-432.

[11]肖福坤，劉剛，秦濤等.拉-壓-剪應(yīng)力下細(xì)砂巖和粗砂巖破裂過(guò)程聲發(fā)射特性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，35（2）：3458-3472.XIAO Fu-kun，LIU Gang，QIN Tao，et al.Acoustic emission（AE）characteristics of fine sandstone and coarse sandstone fracture process under tension-compression-shear stress[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineerinng，2016，35（2）：3458-3472.

[12]劉強(qiáng)，趙延林，唐利明等.飽水孔道砂巖力學(xué)特性試驗(yàn)[J].礦業(yè)工程研究，2019，34（3）：60-65.LIU Qiang，ZHAO Yan-lin，TANG Li-ming，et al.Experimental study on mechanical characteristics of saturated water pore sandstone[J].Mineral Engineering Research，2019，34（3）：60-65.

[13]劉之喜，王偉，羅吉安，等.巖石單軸壓縮試驗(yàn)中能量演化分析方法[J].煤炭學(xué)報(bào)，

2020，45（9）：3131-3139.LIU Zhi-xi，WANG Wei，LUO Ji-an，et al.Study on the method of energy evolution of rock under uniaxial compression test[J].Journal of China Coal Society，2020，45（9）：3131-3139.

[14]楊大方，張丁元，牛雙建等.預(yù)制裂隙細(xì)砂巖裂紋擴(kuò)展過(guò)程及宏觀破壞模式單軸壓縮試驗(yàn)研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2019，36（4）：786-793.YANG Da-fang，ZHANG Ding-yuan，NIU Shuang-jian，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.

[15]趙國(guó)彥，王恩杰，吳浩，等.單軸壓縮下孔洞砂巖細(xì)觀破裂演化規(guī)律[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，50（8）：1891-1900.ZHAO Guo-yan，WANG En-jie，WU Hao，et al.Micro-fracture evolution rule of sandstone specimens with a single hole under uniaxial compression[J].Journal of Central South University（Science and Technology），2019，50（8）：1891-1900.

[16]季晶晶，李祥，李鵬飛，等.脆性砂巖預(yù)制裂隙擴(kuò)展破壞過(guò)程試驗(yàn)研究[J].河南科學(xué)，2018，36（4）：547-553.JI Jing-jing，LI Xiang，LI Peng-fei，et al.Experimental of propagation and failure process on brittle sandstone of prefabricated cracks[J].Henan Science，2018，36（4）：547-553.

[17]PRIKRYL R.Some microstructural aspects of strength variation in rocks[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Science，2011，38（5）：671-682.

[18]王進(jìn)，宮鳳強(qiáng).紅砂巖單軸壓縮試驗(yàn)的率效應(yīng)研究[J].黃金科學(xué)技術(shù)，2018，26（1）：56-63.

WANG Jin，GONG Feng-qiang.Study on rate effect of uniaxial compression test for red sandtone[J].Gold Science and Technology，2018，26（1）：56-63.

[19]寧漢章.富水隧道砂巖單軸壓縮力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J].資源信息與工程，2020，35（1）：84-87.NING Han-zhang.Experimental study on mechanical properties of sandstone in water-rich tunnel under uniaxial compression[J].Resource Information and Engineering，2020，35（1）：84-87.

[20]潘紅宇，董曉剛，張?zhí)燔?，?單軸壓縮下松軟煤樣破裂損傷演化特性研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，38（2）：202-209.PAN Hong-yu，DONG Xiao-gang，ZHANG Tian-jun，et al.Evolution characteristics of soft coal sample fracturedamage under uniaxial compression[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2018，38（2）：202-209.

[21]周家文，楊興國(guó)，符文熹，等.脆性巖石單軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)及斷裂損傷力學(xué)特性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29（6）：1172-1183.ZHOU Jia-wen，YANG Xing-guo，F(xiàn)U Wen-xi，et al.Experimental test and fracture damage mechanical characteristics of brittle rock under uniaxial cyclic loading and unloading conditions[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineerinng，2010，29（6）：1172-1183.

[22]劉偉韜，武強(qiáng)，顧景梅，等.破碎斷層變形破壞過(guò)程的試驗(yàn)研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（2）：259-264.LIU Wei-tao，WU Qiang，GU Jing-mei，et al.Experimental study on the deformation and failure process of fractured fault[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2008，28（2）：259-264.

[23]肖旸，劉志超，陳龍剛，等.不同溫度作用后煤體單軸壓縮聲發(fā)射特征[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39（1）：28-33.XIAO Yang，LIU Zhi-chao，CHEN Long-gang，et al.Acoustic emission characteristics of coal samples after different temperature under uniaxial compression[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2019，39（1）：28-33.

[24]肖尊群，王鑫，湯東桑，等.典型巴東組泥質(zhì)粉砂巖雙軸壓縮試驗(yàn)細(xì)觀組構(gòu)特征

[J].煤田地質(zhì)與勘探，2020，48（2）：161-170.XIAO Zun-qun，WANG Xin，TANG Dong-sang，et al.The microscopic fabric characteristics of biaxial compression test of typical argillaceous siltstone in Badong Formation[J].Coal Geology & Exploration，2020，48（2）：161-170.

[25]肖尊群，王鑫，湯東桑，等.巴東組典型紅層軟巖單軸壓縮試驗(yàn)細(xì)觀組構(gòu)特征[J].煤田地質(zhì)與勘探，2019，47（6）：103-114.XIAO Zun-qun，WANG Xin，TANG Dong-sang，et al.Microscopic fabric characteristics of typical red soft rock in Badong Formation under uniaxial compression test

[J].Coal Geology & Exploration，2019，47（6）：103-114.

[26]段天柱，任亞平.不同含水率砂巖單軸壓縮力學(xué)特性及波速法損傷[J].煤田地質(zhì)與勘探，2019，47（4）：161-170.DUAN Tian-zhu，REN Ya-ping.Study on uniaxial compression mechanical properties of sandstone with different moisture content and wave velocity method[J].Coal Geology & Exploration，2019，47（4）：161-170.