单轴循环冲击下花岗岩力学特性与损伤演化机理

为研究循环冲击荷载下黑云母花岗岩的动态力学特性,利用改进的分离式霍普金森压杆,选取4种不同的入射波应力幅值对花岗岩试样进行等幅循环冲击,并对相关机理和试验现象进行探析.结果表明:入射波应力幅值为110.57和90.48 MPa时,随着冲击次数的增加,岩样的峰值应力逐渐降低,最大应变、平均应变率和损伤值均呈现增大趋势;入射波应力幅值为70.82 MPa时,花岗岩的峰值应力随着冲击次数的增加表现出先增强后降低的特性,而最大应变、平均应变率与损伤值则表现出相反规律;入射波应力幅值降为50.69 MPa时,岩样的力学性质基本不变,岩样未见明显的损伤.此外,研究还发现基于岩样静态压缩应力-应变曲线推求的静态裂纹起裂应力,经强度增长比例系数放大后可得到动态裂纹起裂应力,籍此能较好地解释上述循环冲击试验中所观测到的现象.     

冲击荷载作用下热处理花岗岩动态力学特性研究

为研究冲击速度和热处理温度对黑云母花岗岩动态力学特性的影响,利用改进的霍普金森压杆系统对25~800 ℃共9个温度等级的热处理试样分别进行3种弹速下的冲击压缩试验。试验结果表明：随着冲击速度的增加,25~700 ℃热处理试样的应力—应变曲线由“Ⅱ型”转变为“Ⅰ型”,而800 ℃热处理试样均表现出“Ⅰ型”应力—应变曲线特征。同一温度热处理下试块的峰值应力、应变和平均应变均随动荷载的升高而增大。相同的冲击速度下,300 ℃热处理试样的动力学性能有所改善,500 ℃后试样的动力学性能开始逐渐劣化。同一温度热处理试样的破碎程度随冲击速度的增加而增加;相同冲击速度下,热处理试样的破碎程度随温度的升高先减弱后增强。     

热处理花岗岩循环冲击下断口形貌研究

为了研究温度和动载对黑云母花岗岩破坏机制的影响,利用分离式霍普金森压杆对不同温度处理后的花岗岩试样进行了循环冲击试验,随后采用钨灯丝扫描电镜对岩样的断口形貌进行细观观测。结果表明:常温岩样低弹速作用后,其断口表面出现韧性疲劳裂纹,中弹速作用后则出现脆性疲劳裂纹,而在高弹速冲击作用后,断口出现典型的解理裂纹;相同冲击荷载下,低于400 ℃的岩样断口表面存在大量解理裂纹和瓦纳线,随着热处理温度的升高,解理裂纹减少,准解理裂纹及韧窝逐渐增多;花岗岩在循环冲击荷载作用下,加载率效应明显,弹速越高脆性断裂特征越显著;温度效应使花岗岩的韧性增强,处理温度升高会使花岗岩由脆性断裂向脆性-局部韧性断裂的耦合破坏模式转变。     

循环冲击荷载下轴压对花岗岩动力学特性的影响

为研究循环冲击荷载下轴压对花岗岩动态力学特性的影响,利用改进的动静组合式SHPB装置对5种轴压σ_A(0,30,60,90和120 MPa)下的花岗岩试样进行等幅循环冲击.结果表明:在相同的循环冲击荷载下,试样的总循环冲击次数随轴压的增加呈现先增加后减小的趋势,在σ_A=60 MPa时达到最大.5种轴压下的试样都表现为典型Ⅱ型应力-应变曲线.σ_A=0,30,90和120 MPa下试样的平均应变率和峰值应变随着冲击次数的增加而增加,峰值应力和弹性模量趋势相反,σ_A=0和120 MPa试样的力学参数劣化速率较快;σ_A=60 MPa下试样的平均应变率和峰值应变随着冲击次数的增加呈现先减小后增加的趋势,峰值应力和弹性模量则相反,其动力学参数劣化速率较慢.结合静态压缩声发射能量计数可以发现,当轴压超过起裂应力时,轴压对循环冲击荷载下岩石动力学特性的影响由强化向劣化效应转变.