低温含水砂岩动态压缩力学性能试验研究

发布时间：2020-04-15 06:22

【摘要】：为研究砂岩动态压缩力学性能,采用SHPB装置对低温含水砂岩试样进行6种不同加载速率的冲击压缩试验。结果表明:-10℃时砂岩动态抗压强度和弹性模量明显大于-15℃时,动态抗压强度与应变率均呈乘幂关系增长;动态弹性模量与应变率呈正相关性,-10℃和-15℃时均呈多项式关系;动态应力-应变曲线分为4个阶段,应变软化阶段的应变范围随应变率的增加而增大;砂岩试样破坏模式随着应变率的增加,由块状劈裂结构、片状层裂结构的拉伸破坏,转变为锥形体结构的剪切破坏,最终呈现颗粒状粉碎破坏。
【图文】：

?≤±0．25°。1．2含水砂岩试样的制备试样制作过程如图1。试验前对试样进行筛选，先剔除视觉上差别较大的个别试样，再采用超声波测速仪测试各个试样的波速，筛选出波速相近的试样进行试验，以减少试样物理力学性质上的离散型。自然含水试样的制备，按照《煤和岩石物理力学性质测定方法》(GB/T23561．5－2009)［17］规范要求，先将试样放在105～110℃烘箱内烘24h至恒重，后取出放在干燥器内冷却至室温;然后将试样放在下部储水的干燥器内存放1～2d，试样不与水接触。图1自然含水砂岩的制作过程Fig．1Preparingprocessofsandstonespecimenswithnaturalwatercontent2低温含水砂岩试样SHPB试验2．1试验准备取上述自然含水砂岩试样，用密封袋或保鲜膜密封好，逐一编号，放在－10℃、－15℃低温箱内冷藏24h。动态冲击试验开始前半小时，将低温环境箱内温度降至－10℃或－15℃，当试样冻结时间满足规定的要求后，从低温箱中拿出试样立即放入低温环境箱内保温，以减少试样在运输过程中产生的温度误差。低温环境箱由环境箱、液氮瓶、鼓风机、温度控制系统四部分组成。低温环境箱是通过鼓风机对液氮瓶中液氮的压缩，使之由液态变为气态，进入环境箱从而达到降温的目的。环境箱中埋设有温度传感器，温度控制系统能实时监控环境箱内温度，当达到设定温度时系统会立即停止降温。低温环境箱如图2所示。2．2试验过程錙50mm变截面SHPB试验装置中，撞击杆、入射杆、透射杆均采用同种材质的合金钢，其密度图2低温环境箱Fig．2Thelow-temperatureenvironmentalbox为7．8g·cm－3，弹性模量为210GPa

动态冲击试验开始前半小时，将低温环境箱内温度降至－10℃或－15℃，当试样冻结时间满足规定的要求后，从低温箱中拿出试样立即放入低温环境箱内保温，以减少试样在运输过程中产生的温度误差。低温环境箱由环境箱、液氮瓶、鼓风机、温度控制系统四部分组成。低温环境箱是通过鼓风机对液氮瓶中液氮的压缩，使之由液态变为气态，进入环境箱从而达到降温的目的。环境箱中埋设有温度传感器，温度控制系统能实时监控环境箱内温度，，当达到设定温度时系统会立即停止降温。低温环境箱如图2所示。2．2试验过程錙50mm变截面SHPB试验装置中，撞击杆、入射杆、透射杆均采用同种材质的合金钢，其密度图2低温环境箱Fig．2Thelow-temperatureenvironmentalbox为7．8g·cm－3，弹性模量为210GPa，纵波波速为5190m·s－1。撞击杆长0．6m，入射杆长2．4m且为锥形过渡变截面，由37mm增至50mm，透射杆长1．2m。选用BX120-2AA型电阻应变片采集信号，采用KD6009动态应变仪和TektronixMDO3024动态测试分析仪记录数据。运用一维应力波理论和应力均匀性假定［18］，可以计算出试件的动态力学参数，其计算公式分别为:σS(t)=EA2AS(εI(t)+εＲ(t)+εT(t))(1)80冰川冻土40卷

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本文编号：2628239