不同长度石灰岩试件动态力学性能试验研究

发布时间：2020-07-18 00:42

【摘要】：随着人类活动空间的扩展,在岩体中进行工程建设越来越多,如大型水电站建设、道路隧道掘进、以及采矿工程等,迫切需要岩石力学理论知识来指导工程应用。岩石材料具有尺寸效应现象,即不同尺寸岩石的强度和变形特性存在着力学差异,从而使得特定尺寸岩石的强度和变形特征不能直接应用于岩土工程设计和岩石本构关系的建立。因而长期以来,岩石尺寸效应一直是岩石力学中试图解决而又未能得到彻底解决的问题之一。本文以安徽省淮南市舜耕山石灰岩为研究对象,运用深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室动静组合加载系统(SHPB)开展试验,研究不同尺寸石灰岩试件动态力学性质的差异。1.采用RMT-150B岩石力学试验系统对两组直径同为50mm长度分别为50 mm、100 mm的石灰岩试件进行静载条件下的单轴压缩试验,来研究同直径不同长度石灰岩试件的静态力学特性的差异。2.采用SHPB试验系统对直径同为50 mm长度分别为15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm、50 mm、55 mm、60 mm、80 mm、100 mm 12组石灰岩试件均采用0.5 MPa冲击气压进行单轴冲击压缩加载试验,来研究同直径不同长度石灰岩试件的动态力学特性和变形特征的差异。3.采用SHPB试验系统对两组直径同为50 mm长度分别为25 mm、50 mm的石灰岩试件均采用 0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa、1.0 MPa 7种冲击气压梯度下的单轴冲击压缩加载试验,进而研究不同长径比的石灰岩试件动态力学特性和变形特征及破坏形态随加载应变率的变化而变化的规律。4.采用SHPB试验系统对直径均为50 mm厚度分别为15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm、50 mm 8 组石灰岩试件均采用 0.3 MPa气压进行动态劈裂拉伸试验,来研究不同厚度石灰岩试件动态拉伸力学性质和破坏形态的差异。图[45]表[8]参[76]。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU45
【图文】：

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图１研究技术路线及方法逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｏｎ邋ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅｓ邋ａｎｄ邋ｍｅｔｈｏｄｓ逡逑

测试系统框架,应变率

—般机械冲击和爆破工程中岩体的应变率为１０Ｖ１？１０Ｖ１，目前对这一区段逡逑的岩石力学特性动态力学性质的测试主要采用ＳＨＰＢ法（ｓｐｌｉｔ邋Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ逡逑ｂａｒ），如图２所示。它不仅可以测量岩石试件的应力、应变与应变率之间的关系，逡逑而且可以研宄不同加载条件下岩石的破碎效果。逡逑－９－逡逑

应力波,多次反射,压杆,岩石试件

高强度合金弹性压力杆和岩石试件的波阻抗；次，冼分别为高强度合金弹性压逡逑力杆与岩石试件的横向截面积；Ｚｓ为岩石试件的长度；Ｔ为应力的延续时间。逡逑图３所示是岩石试件与高强度合金弹性压力杆截面上应力波的作用过程。带逡逑下标／、ｉ？、ｒ的量分别为入射波、反射波、透射波的相应量。根据岩石试件与高逡逑强度合金弹性压力杆的界面条件和一维杆中的应力波传播理论，由试件或弹性杆逡逑中的任一截面的位移表达式如下式（２－４）：逡逑ｕ邋＝邋Ｃ０ｆ0ｓｄｔ逦（２－４）逡逑式（２－４）中，ｗ表示位移；Ｇ为弹性纵波波速；ｆ为应变；／为时间。逡逑于是界面Ａ上的位移Ｗ／为：逡逑ｕ＾Ｃ0［（￡ｉ￣￡＾ｄｔ逦（２－５）逡逑界面沁上的位移Ｗ２为：逡逑ｕ２邋＝邋Ｃ０ｊ0￡ｒｄｔ逦（２－６）逡逑这样，试件中的平均应变Ｇ为：逡逑￡ｓ邋＝邋＾邋２邋＝邋ｙ＂Ｉ0（￡ｉ邋￣￡ｒ￣（２－７）逡逑式（２－７）中，／0为岩石试件的初始长度，根据岩石试件中应力均匀化的假定，逡逑岩石试件长度应远小于输入应力波的波长，于是可认为／0—■０，且认为岩石试件逡逑中的应力均匀化、无衰减，因此输入杆、输出杆中的应变关系有：逡逑￡ｊ＋Ｓｒ＝ＳｔＭ￡ｒ＝￡ｔ－逦（２－８）逡逑而试件两端的荷载（合力）分别是：逡逑ｎ卞（２．９）逡逑［Ｆ２邋＝邋ＥＡ（ｅＴ）逡逑由此，试件中的平均应力心为：逡逑ＣＴｓ＝邋＇逦２邋＝￣＾Ｅ邋—邋｛＾１邋＋＾ｒ＋＾ｔ）逦（２－１０）逡逑式中

【参考文献】