应力波在岩石直杆中传播特性及层裂研究

发布时间：2024-04-21 15:38

　　目的揭示冲击应力波在直杆岩体中的传播特性与层裂破坏规律,以便更好地研究围岩结构动力稳定性.方法采用RFPA^2D-Dynamic软件建立均匀岩石直杆数值模型Ⅰ、Ⅱ,分别施加直角三角形冲击荷载.对模型Ⅰ进行杆中及固定端应力波传播形态与理论解析对比分析,对模型Ⅱ施加5种相同峰值而持续时间不同的冲击载荷,进行直杆中应力波经自由端反射诱发层裂过程数值模拟.结果压缩应力波在固定端反射为压缩波,同时在杆两边界自由面不断产生大量剪切波和拉伸波;压缩波的峰值随着应力波的传播逐渐降低;冲击波持续时间越长,裂纹扩展范围随之扩大,萌生裂纹数量增加,裂纹间距也越长.结论冲击波传播形态数值模拟与解析理论结果具有较好的一致性;不同的冲击荷载卸荷速率对岩石直杆动态起裂位置和层裂扩展长度影响较大.

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图1岩石直杆试样

研究考虑有限长均匀岩石直杆试样作为分析目标,设置不同直杆和限制条件,施加给定冲击载荷,探讨其应力波传播形态与破裂特征.试样几何尺寸以及加载边界条件如图1所示.受载端为简支,远端为固支(模型Ⅰ)或自由端(模型Ⅱ),进行岩石试件单轴冲击压缩试验.模型Ⅰ试样尺寸300mm×50mm....

图2岩石直杆受力端的冲击荷载

直杆试件冲击端施加荷载类型如图2所示,共有5种直角三角形冲击荷载.在模型Ⅰ的冲击端部,施加荷载Ⅰ,主要进行杆中应力传播特性分析;对模型Ⅱ,为了研究荷载的不同卸荷率对直杆层裂破坏模式的影响,在直杆冲击端依次施加I～Ⅴ不同卸荷率的冲击荷载,相应进行数值模拟.在程序计算中,设置时间步长....

图3杆中内部波形传播图

此前,已有学者采用几何方法来证明直杆中应力波形态传播[17],如图3(a)所示.若在某种介质上施加一个冲击荷载,相应产生一个应力波,当应力波沿杆向右传播时,也会沿边界自由面运动,这样相关膨胀、剪切及其反射等彼此相互作用.假设在某自由面GA上,应力波通过质点A时,A点被挤压有向外发....

图4均匀直杆应力波传播过程模拟图

将岩石视为弹性介质时,施加荷载后杆内不同时刻的应力波状态如图4所示.可以看出,对杆中应力波传播有重要影响的时间分为两个阶段.第一阶段,应力波从有限长杆的左端传递到右端即固定端之间,杆中应力波传播特性半与无限长杆中的状态符合,仅存在右行简单的应力波;第二阶段,是从杆固定端产生反射应....

本文编号：3961091