不同预静载硬岩在动力扰动下断裂特性的试验研究

发布时间：2018-03-30 16:16

  本文选题：岩石力学　切入点：深部岩石断裂　出处：《岩石力学与工程学报》2017年08期

【摘要】：为了研究不同预静载水平下硬岩受不同扰动频率载荷的断裂特性变化规律,采用红砂岩制作中心直裂纹半圆盘三点弯曲试样(Semi-Circular Bend,SCB),利用MTS Landmark电液伺服试验机,开展"不同预静载+动力扰动"下砂岩的断裂韧度测试试验。以岩石静载断裂载荷为基础,选取4个预静载水平(60%,70%,80%和90%的静载断裂载荷)作为初始静载状态,之后分别施加扰动载荷直至试样断裂。扰动加载方式采用正弦波载荷,加载波幅值依次为静载断裂载荷的40%,30%,20%和10%,设置扰动频率分别为1,10,20,30,40和50 Hz。研究结果表明,不同预静载水平下岩石的断裂韧度值较常规加载下都有不同幅度的减小,并且随着扰动频率的增加,岩石断裂韧度呈线性减小的趋势。但不同预静载水平之间的减韧效应存在差异性,预静载水平越高,减韧幅度越大。与常规加载条件下相比,预静载水平下的断裂位移整体具有减小的趋势。岩石扰动断裂点的分布区段具有明显的集中性,当预静载水平低于90%时,断裂点位于预应力水平之上的加载段,而当预静载水平为90%时,断裂点多数位于预应力水平之上的卸载段,并且基本上没有断裂破坏发生在预应力水平之下。断裂疲劳寿命随扰动频率的增加出现先增大后减小再增大的趋势,整体呈增加趋势。断裂破坏时间跟预静载水平、扰动频率之间的相关性不明显。综合考虑认为,扰动频率为10 Hz时达到相对最优的致裂效果。
[Abstract]:In order to study the variation of fracture characteristics of hard rock subjected to different disturbance frequency loads under different prestatic loading levels, the red sandstone is used to make the semi-semi-circular circular circular Bendroid specimen with center straight crack and the MTS Landmark electro-hydraulic servo testing machine is used. The fracture toughness test of sandstone under "different pre-static dynamic disturbances" is carried out. Based on the static load of rock, four pre-static load levels of 607070% and 90% static load are selected as the initial static loading state. Then the disturbance load was applied until the specimen was broken. The mode of disturbance loading was sinusoidal wave load, the amplitude of the loading wave was 40% and 10% of the static load, respectively, and the disturbance frequency was set to 110% 20% and 50 Hz, respectively. The results show that, The fracture toughness of rock under different prestatic loading levels decreases in different amplitude than that under conventional loading, and increases with the increase of disturbance frequency. The fracture toughness of rock decreases linearly, but there are some differences between different prestatic load levels. The higher the prestatic load level, the greater the toughness reduction range. When the prestatic load level is lower than 90, the fracture point is located at the loading section above the prestress level. And when the prestatic load level is 90, the fracture point is mostly in the unloading section above the prestressing level, The fracture fatigue life increases first and then decreases and then increases with the increase of disturbance frequency. The fracture failure time and prestatic load level show an increasing trend. The correlation between the disturbance frequency is not obvious. Considering the disturbance frequency is 10 Hz, the relative optimum cracking effect is achieved.
【作者单位】： 中南大学资源与安全工程学院;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室;中南大学高等研究中心工程材料力学研究所;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(41472269) 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金项目(SKLGDUEK1104) 中南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2017zzts392)~~
【分类号】：TU45

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本文编号：1686659