由于全球能源供需不平衡的加剧，深部煤层气（CBM）的开采变得越来越紧迫[[1], [2], [3]]。研究表明，断层及其力学性质显著影响周围煤层的稳定性[4,5]。在采矿引起的应力作用下，断层容易发生不稳定滑移，这可能引发结构不稳定，增加气体爆炸的风险，并导致资源损失[[6], [7], [8], [9], [10]]。这些风险在深部储层中尤为明显，因为那里的结构复杂性和环境不确定性更大。在理解煤岩中的滑移行为方面已经取得了相当大的进展，尤其是在其力学响应方面[11,12]。然而，断层带的力学性质与完整煤或岩石的性质有很大不同，因为它们通常由构造煤组成[13,14]。对于这类断层，需要进一步研究滑移过程中的应力响应和损伤机制。特别是，与损伤起始和断层不稳定性相关的应力阈值尚未明确界定。
断层滑移行为通常通过受控实验室实验在岩石力学中进行探索[[15], [16], [17]]。早在1966年，学者们就注意到滑移试验中观察到的应力下降表明地震焦点周围岩石所承受的应力部分得到了释放[18]。随后，一项始于1992年的基础性研究引入了一种通过实验分析量化峰值剪应力和断层摩擦系数的方法[19]。许多相关研究表明，正应力和滑移速率是影响断层滑移行为演变的关键参数[20,21]。黄等人随后研究了具有锯齿状节理表面的白云岩的滑移行为，发现较高正应力下节理损伤进展更快、更严重[22]。基于早期的研究，学者们在研究正应力和滑移速率对断层滑移稳定性的影响方面取得了实质性进展[23]。例如，韩和孟等人观察到峰值剪应力随着正载荷的增加而增加，并指出在较低正应力下倾向于发生应变硬化[24,25]。在逐渐降低正载荷的实验中，郭和王等人报告说，一旦正载荷降至与剪应力相关的临界阈值以下，滑移位移会突然增加[26,27]。桂等人还强调了在恒定正刚度条件下气体渗流对滑移行为的影响，为耦合滑移-渗流分析提供了基础性见解[28,29]。最近文献的回顾显示，学者们经常使用实验室实验和数值模拟作为研究方法，如表1所示。实验室实验主要用于研究煤岩变形模式及其对断层滑移模式的影响。同时，数值模拟用于深入研究滑移过程中的力学行为。总体而言，这些研究为分析滑移行为和识别关键因素（如正应力和滑移速率）提供了有价值的方法，为未来的研究提供了重要参考。然而，许多这些研究并未系统地考察与结构损伤相关的应力特性，限制了我们定义失效阈值和关键力学指标的能力。
滑移引起的损伤是结构不稳定性的主要原因，在能源工程领域引起了广泛关注。现有研究主要关注评估结构损伤的机制和标准。Asadollahi等人是最早改进Barton经验模型的人之一，减少了其在估算力学性质方面的局限性[41]。黄和刘等人提出了六个识别损伤的标准，得出基于应力不变量的模型能够最准确地预测力学行为的结论[42,43]。江等人随后回顾了常见的损伤标准，并阐明了砂岩滑移过程中的结构失效机制[44]。周等人首次研究了聚甲基丙烯酸甲酯，揭示了在剪应力和滑移位移演变过程中的粘滑失效传播机制和局部滑移弱化现象[45]。随后，通过分析花岗岩的三维形态特征，他们探讨了岩石微观结构与成核位置之间的关系[46]。在此基础上，他们使用离散元方法可视化了粘滑剪切失效过程，阐明了不同粘滑阶段的演变机制[47]。为了进一步研究断层滑移不稳定性，他们开发了一种ML材料（ZuS:Cu），并结合数值模拟分析了正应力和冲击能量对剪应力的影响[48]。这些工作为粘滑失效的传播机制和均匀类岩石材料中剪应力的动态演变提供了系统的见解，利用了实验模型、微观结构表征、数值模拟和新型材料设计。然而，对于断层带内的软构造煤，滑移过程中的应力扰动以及剪应力下降与内部损伤演变之间的关系仍不甚明了。因此，准确定义构造煤滑移不稳定性的临界应力阈值仍然具有挑战性。
总之，岩石力学对断层滑移相关的力学行为和损伤过程有了相对较好的理解。下一步的研究应该关注软构造煤层中滑移过程中应力扰动引起的损伤不确定性。在极端应力水平和高滑移速率下，这些不确定性可能显著影响结构损伤阈值和关键力学参数，突显了进行彻底和系统研究的必要性。
在这项研究中，使用滑移-渗流耦合装置模拟了断层滑移，实现了剪应力和滑移位移的实时监测。同时，使用数字成像和扫描电子显微镜（SEM）从宏观和微观上表征了表面损伤。目前关于断层滑移行为演变的研究主要集中在煤岩体内的力学变化，而没有将应力响应与损伤特性联系起来。因此，本研究探讨了在不同正应力和滑移速率下应力和损伤模式的演变。通过剪应力-滑移位移曲线分析了力学响应与损伤进展之间的耦合关系，从而揭示了由应力扰动引起的断层不稳定性的内在机制和关键力学参数。这些发现为提高深部煤层气开采的安全性和效率提供了重要的工程见解。
