循环冲击荷载下含孔洞岩石损伤特性与能量耗散分析

发布时间：2020-12-14 05:22

　　为探究隧道工程开挖过程中外部荷载对隧道围岩多重扰动的影响,采用霍普金森压杆（SHPB）装置进行不同冲击荷载（0.6、0.7、0.8 MPa）和冲击方式（等幅与不等幅冲击气压）下的循环冲击试验,以此分析冲击载荷作用下含孔洞岩石试件的动力学特性、损伤特征、能量耗散和破坏形态。结果表明:基于一维应力波理论和界面连续条件得到适用于含竖向孔洞岩石试件计算的改良损伤计算公式;竖向孔洞的存在会影响岩石应力-应变曲线的变化趋势,并在经历数次冲击后尤为显著;花岗岩损伤积累随平均应变率增大呈幂函数增长,且随冲击荷载的增加呈现良好的规律性;积累比能量吸收值随循环冲击的进行逐渐增大,且试件的破坏模式经历了横向拉伸破坏、横向拉伸-轴向劈裂组合形式、轴向劈裂破坏的转变。 

【文章来源】：中国安全科学学报. 2020年07期 北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

含竖向孔洞花岗岩试件

试验设备为50 mm杆径的SHPB装置。图2为SHPB试验系统和检测设备，该装置的冲头、入射杆、透射杆和吸收杆均采用40Cr合金钢，其纵波波速为5 400 m/s，密度为7 810 kg/m3，弹性模量为240 GPa，波阻抗为4.2×107MPa/s。入射杆与透射杆上贴有2组应变片，借助超动态应变仪和示波器采集并显示杆的变形情况数据。发射腔内采用纺锤型冲头消除波形震荡，实现半正弦波加载，以达到恒应变率加载的目的。1.3 试验方案

式中:P、PI、PR、P"T为弹性杆中的应力波、入射波、反射波和试件中的透射波;AT、AS为弹性杆和冲击前试件的截面面积，m2;ρT、ρS为弹性杆和冲击前试件的密度，kg/m3,CT、CS为弹性杆和冲击前试件的纵波波速，m/s;mT和mS为弹性杆和冲击前试件的波阻，kg/s;μ为一维纵波从入射杆进入试件时的反射率。在试验中，由于反射波和入射波由同一应变片测得，反射波的起始点会受到入射波较大的影响，此时入射波的起跳点和反射波真实情况的起跳点在时间和大小上很难对应，容易造成误差，而透射波不会存在这种情况，所以采用式(3)推导损伤模型。此时入射波、透射波为时间的函数，将式(3)带入界面III-IV上的连续条件，得到


本文编号：2915894