含充填节理岩石动力学性能及波动特性研究

发布时间：2020-08-08 22:22

【摘要】：应力波在岩石节理中传播是一个复杂的过程,当节理充填物到达一定厚度且不可忽略时,不仅会发生应力波衰减,还会在节理的两个界面发生透反射现象,改变岩石的力学稳定。为探究斜入射应力波在充填节理中的传播规律及充填节理岩石的波动特性,本文从实验、数值模拟以及理论推导等三方面开展研究。论文主要的研究工作包括:实验部分通过分离式霍普金森压杆(SHPB)实验开展,运用三种不同速度对试件进行冲击实验,着重探讨了节理厚度、节理倾角、充填材料以及冲击速度对充填节理波动特性的影响,并研究了动力冲击下的能量耗散特征。数值模拟方面采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对SHPB冲击压缩过程进行模拟,探讨接触刚度罚函数因子K以及撞击杆撞击速度等两个影响因素对数值模拟结果的影响,并和实验实测数据进行对比分析,得到较好的一致性。理论部分则推导了应力波在不同充填节理中多次透反射后的应力表达式,验证了实验和数值模拟结果的正确性,并深入分析了应力波在充填节理中多次的透反射现象。分析结果表明:充填节理的存在使得透射波信号有减弱现象,且节理厚度越长,材料的各向异性导致波形的弥散效应越明显,透射波信号衰减程度也越高;充填材料的应力强度降低时,透射波幅值降低越大,对应力波在节理中传播的削弱作用越明显。入射波在节理宽度为4mm的试件中传播时,其透射能力明显好于10mm的试件,且随着节理倾角的增大,两种节理宽度试件的透射系数差值逐渐减小。在较大冲击速度下,节理倾角越大,试件的峰值强度越低,试件的变形越小,峰值荷载的离散性也越小。面面接触类型比较适用于带破坏准则的HJC材料模型,罚函数因子等于0.5时的数值模拟结果误差值最低。当周边岩石的力学性质与充填节理材料的力学性质相似时,斜入射应力波能很大程度地穿过节理,此时应力波的反射次数对反射能量系数的响应几乎为0;当岩石和充填节理材料力学性质差值较多时,反射次数的多少就有着明显的影响效果。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU45
【图文】：

天然节理岩石示意图

岩石节理的双曲BB模型和线弹性模型示意图

主要技术路线图

【参考文献】

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本文编号：2786192