梯度应力红砂岩应力波传播衰减特性试验研究
发布时间：2021-09-30 17:45
深部地下岩体工程开挖卸荷,围岩体处于梯度地应力环境中。为了研究爆破应力波在具有梯度地应力围岩体中的传播衰减特性,基于自主研发的具有梯度应力岩石应力波传播试验系统,开展了梯度应力工况下红砂岩的变形特性和应力波传播特性试验研究,基于梯度应力作用下红砂岩的变形特性分析其应力波传播衰减机理。本文的主要研究内容和结论如下:（1）利用梯度应力加载试验装置对红砂岩施加线性和非线性两类梯度应力,研究了不同梯度应力对红砂岩变形特性的影响。结果表明,在线性梯度应力作用下,红砂岩的轴向应变随空间距离的增加呈非线性增大,而随着线性梯度应力的增大,应变-空间距离曲线的曲率越来越小。在非线性梯度应力作用下,应变值随空间距离的增加也呈非线性形式增加,随着非线性梯度应力的增大,其轴向应变曲线的曲率越来越大。（2）基于具有不同梯度应力红砂岩的应力波传播试验数据,通过研究应力波波宽、平台应变、幅值的变化,表征应力波传播衰减特性。结果表明,同一测点处的波宽随应力梯度的增加逐渐减小,减小幅度随着应力波传播距离的增加而减小。受梯度应力的影响,应力波的卸载段尾部形成一个平台,平台应变值随传播距离的增加呈线性衰减,且衰减速率整体随...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轴压图中油压泵上油压表的读数为加载装
位置x的变化，也与岩石测点处的弹性模量E的大小有关，因此利用岩石试件的应力-空间位置关系曲线不能直观的验证梯度应力的实现。若试件为弹性杆，其弹性模量E不会随轴向应力发生改变，根据应变即可计算出测点出的应力，根据应力-空间位置关系曲线来验证梯度应力的实现。基于上述分析，验证试验的试件选用钢试件，与钢板材质相同，其主要的力学物理参数如表2.1所示，经机器切割加工成长试件，钢试件几何形貌为长方体，其试件尺寸为60mm×60mm×1320mm，试件表面均经过精细打磨，保证其表面光滑，以便于粘贴应变片，其示意图如图2.5所示。图2.5钢试件示意图如图2.5所示，依次沿试件轴线方向从左至右粘贴8个电阻应变片，本试验选用的电阻应变计由浙江黄岩测试仪器厂生产，此应变计性能稳定，柔韧性好，可温度自补偿，用于一般精度为（0.03级）传感器及应力分析，精度满足试验需求。表2.2钢试件上各个测点应变值加载工况各个测点处应变ε/10-3轴向应12345678力/MPa15N·m-3.2MPa71625344454647315.720N·m-4.2MPa92032455565788820.5825N·m-4.8MPa1225405563779310023.52注：15N·m-3.2MPa中15N·m为螺栓的旋紧力，3.2MPa为油压表上读数。验证试验通过数显扭矩扳手依次为螺栓施加大小相同的旋紧力，共分为3种加载情况，旋紧力大小分别为15N·m、20N·m、25N·m，在不同大小的旋紧力下分别得到钢试件与粘贴在钢板上的橡胶垫恰好发生相对滑动时油压表上的读数，并记录好此时静态应变仪上测到的各个测点处的应变值。卸掉轴向静应力和螺栓旋紧力后，再进行下一组试验。分别得到钢试件在不同旋紧力下的极限轴向应力和各个测点应变值结果如表2.2所示。
第二章梯度应力加载试验装置及梯度应力下岩石的变形特性16验要求。当为螺栓施加相同大小的旋紧力时，可以实现线性应力梯度，为螺栓施加大小不同的旋紧力时，可以实现非线性应力梯度，并且都可以通过改变螺栓力的大小来调节应力梯度的大校2.3梯度应力下红砂岩的变形特性2.3.1试件的制备岩石试件选用赣州红砂岩制备。由于红砂岩均质性良好，孔隙率相对较大，可以获得较为理想的试验结果。为更深入了解红砂岩的均匀性和完整性，对实验室现有的红砂岩随机钻取取样，进行核磁共振测验，测验结果图如图所示，从图2.8可以看出，红砂岩均质性好，孔隙分布均匀，岩石内部无明显缺陷。图2.8红砂岩核磁共振测验结果图其主要物理参数如表2.4所示。表2.4红砂岩主要物理参数密度ρ/(kg/m3)弹性模量E/(GPa)泊松比μ纵波波速Cp/(m/s)单轴抗压强度/(MPa)238813.920.32414.452.7对红砂岩在单轴压缩机上进行单轴抗压试验，得到起应力-应变曲线如图2.9所示。128745369
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响[J]. 袁伟,常军然,金解放,郭钟群,梁晨,吴越,张睿,王熙博. 振动与冲击. 2019(17)
[2]轴向静载对红砂岩中应力波传播特性的影响试验研究[J]. 金解放,程昀,昌晓旭,袁伟,梁晨,王杰. 岩石力学与工程学报. 2017(08)
[3]气液复合加载的岩爆模型试验研究[J]. 祝文化,马能,夏元友,刘畅,颜文辉. 岩石力学与工程学报. 2017(01)
[4]岩石波速与损伤演化规律研究[J]. 张国凯,李海波,夏祥,李俊如. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[5]深部裂隙岩体中弹性波传播与衰减规律试验研究[J]. 李新平,赵航,罗忆,程祖刚,孙昌忠,董千,杨叶鹏. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[6]岩石破坏过程中波速变化特征[J]. 张鹏海,杨天鸿,赵永川,夏冬. 东北大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]爆破地震波传播过程的振动频率衰减规律研究[J]. 周俊汝,卢文波,张乐,陈明,严鹏. 岩石力学与工程学报. 2014(11)
[8]单轴荷载作用下盐岩声波与声发射特征试验研究[J]. 李浩然,杨春和,刘玉刚,陈锋,马洪岭. 岩石力学与工程学报. 2014(10)
[9]动静加载下组合煤岩的应力波传播机制与能量耗散[J]. 刘少虹,毛德兵,齐庆新,李凤明. 煤炭学报. 2014(S1)
[10]深部岩巷钻爆法掘进技术研究及应用[J]. 陈群忠. 煤炭工程. 2014(03)
博士论文
[1]爆破作用下岩体累积损伤效应及其稳定性研究[D]. 闫长斌.中南大学 2006
硕士论文
[1]邻近隧道爆破施工引起的既有隧道衬砌振动速度阈值分析[D]. 张程红.兰州交通大学 2009
本文编号：3416364
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轴压图中油压泵上油压表的读数为加载装
位置x的变化，也与岩石测点处的弹性模量E的大小有关，因此利用岩石试件的应力-空间位置关系曲线不能直观的验证梯度应力的实现。若试件为弹性杆，其弹性模量E不会随轴向应力发生改变，根据应变即可计算出测点出的应力，根据应力-空间位置关系曲线来验证梯度应力的实现。基于上述分析，验证试验的试件选用钢试件，与钢板材质相同，其主要的力学物理参数如表2.1所示，经机器切割加工成长试件，钢试件几何形貌为长方体，其试件尺寸为60mm×60mm×1320mm，试件表面均经过精细打磨，保证其表面光滑，以便于粘贴应变片，其示意图如图2.5所示。图2.5钢试件示意图如图2.5所示，依次沿试件轴线方向从左至右粘贴8个电阻应变片，本试验选用的电阻应变计由浙江黄岩测试仪器厂生产，此应变计性能稳定，柔韧性好，可温度自补偿，用于一般精度为（0.03级）传感器及应力分析，精度满足试验需求。表2.2钢试件上各个测点应变值加载工况各个测点处应变ε/10-3轴向应12345678力/MPa15N·m-3.2MPa71625344454647315.720N·m-4.2MPa92032455565788820.5825N·m-4.8MPa1225405563779310023.52注：15N·m-3.2MPa中15N·m为螺栓的旋紧力，3.2MPa为油压表上读数。验证试验通过数显扭矩扳手依次为螺栓施加大小相同的旋紧力，共分为3种加载情况，旋紧力大小分别为15N·m、20N·m、25N·m，在不同大小的旋紧力下分别得到钢试件与粘贴在钢板上的橡胶垫恰好发生相对滑动时油压表上的读数，并记录好此时静态应变仪上测到的各个测点处的应变值。卸掉轴向静应力和螺栓旋紧力后，再进行下一组试验。分别得到钢试件在不同旋紧力下的极限轴向应力和各个测点应变值结果如表2.2所示。
第二章梯度应力加载试验装置及梯度应力下岩石的变形特性16验要求。当为螺栓施加相同大小的旋紧力时，可以实现线性应力梯度，为螺栓施加大小不同的旋紧力时，可以实现非线性应力梯度，并且都可以通过改变螺栓力的大小来调节应力梯度的大校2.3梯度应力下红砂岩的变形特性2.3.1试件的制备岩石试件选用赣州红砂岩制备。由于红砂岩均质性良好，孔隙率相对较大，可以获得较为理想的试验结果。为更深入了解红砂岩的均匀性和完整性，对实验室现有的红砂岩随机钻取取样，进行核磁共振测验，测验结果图如图所示，从图2.8可以看出，红砂岩均质性好，孔隙分布均匀，岩石内部无明显缺陷。图2.8红砂岩核磁共振测验结果图其主要物理参数如表2.4所示。表2.4红砂岩主要物理参数密度ρ/(kg/m3)弹性模量E/(GPa)泊松比μ纵波波速Cp/(m/s)单轴抗压强度/(MPa)238813.920.32414.452.7对红砂岩在单轴压缩机上进行单轴抗压试验，得到起应力-应变曲线如图2.9所示。128745369
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响[J]. 袁伟,常军然,金解放,郭钟群,梁晨,吴越,张睿,王熙博. 振动与冲击. 2019(17)
[2]轴向静载对红砂岩中应力波传播特性的影响试验研究[J]. 金解放,程昀,昌晓旭,袁伟,梁晨,王杰. 岩石力学与工程学报. 2017(08)
[3]气液复合加载的岩爆模型试验研究[J]. 祝文化,马能,夏元友,刘畅,颜文辉. 岩石力学与工程学报. 2017(01)
[4]岩石波速与损伤演化规律研究[J]. 张国凯,李海波,夏祥,李俊如. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[5]深部裂隙岩体中弹性波传播与衰减规律试验研究[J]. 李新平,赵航,罗忆,程祖刚,孙昌忠,董千,杨叶鹏. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[6]岩石破坏过程中波速变化特征[J]. 张鹏海,杨天鸿,赵永川,夏冬. 东北大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]爆破地震波传播过程的振动频率衰减规律研究[J]. 周俊汝,卢文波,张乐,陈明,严鹏. 岩石力学与工程学报. 2014(11)
[8]单轴荷载作用下盐岩声波与声发射特征试验研究[J]. 李浩然,杨春和,刘玉刚,陈锋,马洪岭. 岩石力学与工程学报. 2014(10)
[9]动静加载下组合煤岩的应力波传播机制与能量耗散[J]. 刘少虹,毛德兵,齐庆新,李凤明. 煤炭学报. 2014(S1)
[10]深部岩巷钻爆法掘进技术研究及应用[J]. 陈群忠. 煤炭工程. 2014(03)
博士论文
[1]爆破作用下岩体累积损伤效应及其稳定性研究[D]. 闫长斌.中南大学 2006
硕士论文
[1]邻近隧道爆破施工引起的既有隧道衬砌振动速度阈值分析[D]. 张程红.兰州交通大学 2009
本文编号：3416364
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