珊瑚礁灰岩的动态力学性能试验研究

发布时间：2020-03-24 17:52

【摘要】：生物成因的珊瑚礁灰岩具有较为复杂的岩体结构和区别于普通陆源脆性岩石的力学性质,为了给珊瑚礁国家工程建设提供可靠的礁灰岩动态力学参数,并为珊瑚礁地下工程开挖与防护段设计等工程实践提供重要的科技支撑,开展珊瑚礁灰岩的动态力学性能研究是十分必要的。本文试验所用岩样为饱和珊瑚礁灰岩,采用多功能岩石试验系统测试其静态物理力学性质,采用霍普金森压杆系统(SHPB)对其进行动态单轴压缩试验、动态巴西圆盘劈裂试验和动态单轴循环冲击试验,得出的主要研究成果如下:1.珊瑚礁灰岩静态物理力学性能研究。相比一般的珊瑚礁灰岩,本文所采用的珊瑚礁灰岩完整性、致密性较好,表现为密度较大,孔隙率较小,弹性纵波波速较高且随着孔隙率的增大而呈减小的趋势,静态单轴抗压强度和劈裂抗拉强度都较大,其静态单轴压缩应力-应变曲线的压密阶段和弹性阶段区分不明显,静态抗压和抗拉强度都随着其孔隙率的增大而减小。2.珊瑚礁灰岩的常规SHPB动态试验研究。珊瑚礁灰岩的动态应力-应变曲线与一般的花岗岩、大理岩等陆源脆性岩石有所区别,存在较明显的压密阶段,且珊瑚礁灰岩的动态单轴抗压强度对应变率敏感性要强于普通的陆源脆性岩石。动态单轴压缩试验中,试样的能耗密度与入射能呈线性函数关系,与其应变率呈幂函数关系,与其动态单轴抗压强度呈线性关系。动态巴西圆盘劈裂试验中,能耗密度与其入射能、应变率和动态劈裂抗拉强度都呈较好的线性关系。3.珊瑚礁灰岩单轴循环冲击试验研究。在单轴循环冲击试验中,随着冲击循环次数的增加,反射波逐渐增大而透射波逐渐减小,试件的峰值应变和能耗密度随着冲击次数的增加而增加,而峰值强度和变形模量则随着冲击次数的增加而降低。采用能量吸收法、弹性模量法和最大应变法三者的均值求得循环冲击的宏观损伤变量能够较好的反映试件的损伤情况。基于Weibull分布的动态统计损伤本构模型与试验数据具有较好的一致性,但在应力上升段模型曲线比试验曲线略高,这主要是由于该模型的基本假定与珊瑚礁灰岩实际的力学性质相比更为理想化造成的,动态统计损伤本构模型计算得到的累计损伤变量在表征循环冲击作用下试样强度的变化路径时存在一定的局限性。
【图文】：

２．邋１分离式霍普金森杆（ＳＨＰＢ）试验原理逡逑工程实践中的机械破岩、爆破开挖等工况下岩石的应变率大多集中在ＫＴｌＯｓ１范逡逑围内［５５］，针对不同应变率段的试验装置和方法，国际上一些学者给出的建议如图２－１所逡逑示丨Ｍ〕：逡逑￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣丨逦Ｉ．．．．．．＾邋＜ｆ＾ｕｎ邋Ｕｅ邋．逡逑ｔＪｔ￣Ｌ逦１邋ｐ｜逡逑Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｒａｍ逦逦１逦４邋？逡逑Ｓｃｒｅｗ邋ｄｒｉｖｅｎ逦ｊ逦Ｓ逡逑Ｉ邋ｏＬｍｒｎｍ邋￣］邋ｆ逡逑３邋｜逡逑逦Ｓｔｉｕｃｉｕｒａｌｄｙｗｗｎｔｏ逦逦２邋｜逡逑Ｉ￣Ｃｒｅｅｐ￣Ｓｔｏｔｉｃ＆邋ｑｕｕｉ＾ｔｉｉｔｉｃｌｏａｄｉｎｏ逦／逡逑｜逦—＂—＂逦一＾逦３逡逑逦＝＝：逦１邋＆逡逑逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦ｌｏ逡逑１．Ｅ－０６逦１．Ｅ－０６邋１．Ｅ－０５邋１．Ｅ－０４邋１．Ｅ－０３邋１＾－０２邋１￡＾＞１邋！￡？００邋１ｆ＊０１逦１．Ｅ＋＃常rP薄辏迹埃矗rP保醶牛蓿埃叮]3?Ｓｔｒａｉｎ邋ｒａｌｅ邋（１／ｓ）逡逑图２－１动力问题分类及对应的试验方法逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｄｙｎａｍｉｃ邋ｐｒｏｂｌｅｍｓ邋ａｎｄ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ邋ｔｅｓｔ邋ｍｅｔｈｏｄｓ逡逑从图１可以发现，ＳＨＰＢ装置能够满足应变率为ｌＣＴｌＯ＇ｓ邋１范围内的动态力学试验，逡逑该应变率范围包括了一般的机械冲击、爆破和爆炸等动载作用情况，可见ＳＨＰＢ装置在逡逑岩石动态力学性能研究中起着十分重要的作用

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【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45

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本文编号：2598650