岩石类脆性材料动态压剪耦合特性研究

发布时间：2018-07-31 14:48

【摘要】：岩石具有复杂的细微观结构,其宏观力学性能表现出明显的加载路径敏感性和应变率效应。应用基于改进的SHPB装置,对花岗岩、大理岩和砂岩等三类岩石进行了五种倾角的准静态和动态压剪联合加载实验,较系统地讨论了与岩石应力应变关系曲线的拟线性阶段的斜率、破坏强度等有关的加载路径敏感性和应变率效应。结果表明:岩石的法向模量、切向模量和破坏强度都有明显的压剪耦合效应(即加载路径敏感性)和应变率效应;比较而言,法向模量对剪切应力的依赖性强于剪切模量对法向应力的依赖性。基于Drucker-Prager(D-P)准则和考虑压剪耦合效应的修正的DP准则拟合岩石的动静态破坏面,拟合结果表明:岩石的内黏聚力有一定的应变率效应,内摩擦角的应变率效应不明显;修正的D-P准则可以描述压剪耦合效应。并探讨了大理岩的后继屈服面和岩石应力应变关系的描述问题。此研究提供了一种确定岩石动态强度参数的方法,表明进行压剪联合加载实验研究有助于揭示复杂应力状态下岩石的动静态力学性能。
[Abstract]:Rock has complex fine microstructure and its macroscopic mechanical properties show obvious load path sensitivity and strain rate effect. Based on the improved SHPB device, the quasi-static and dynamic compression shear combined loading experiments of five dip angles for granite, marble and sandstone were carried out. The sensitivity of loading path and strain rate effect related to the slope and failure strength of the quasilinear phase of the stress-strain relationship curve of rock are discussed systematically. The results show that the normal modulus, tangential modulus and failure strength of rock have obvious compression-shear coupling effect (that is, load path sensitivity) and strain rate effect. The dependence of normal modulus on shear stress is stronger than that of shear modulus on normal stress. Based on Drucker-Prager (D-P) criterion and modified DP criterion considering compression-shear coupling effect, the static and static failure surface of rock is fitted. The fitting results show that the cohesive force of rock has a certain strain rate effect, but the strain rate effect of internal friction angle is not obvious. The modified D-P criterion can describe the compression-shear coupling effect. The following yield surface of marble and the relation between stress and strain are discussed. This study provides a method to determine the dynamic strength parameters of rock. It shows that the experimental study of compression and shear combined loading is helpful to reveal the dynamic and dynamic mechanical properties of rock under complex stress state.
【作者单位】： 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金(11272304,11472264)
【分类号】：TU45

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本文编号：2155927