水-岩耦合作用下红砂岩应变率效应研究

基于?100 mm SHPB试验平台,对吸水红砂岩试样进行不同应变率下冲击压缩试验,对比干燥试样试验结果,探究了水-岩耦合作用下动态抗压强度、变形及单元可释放弹性应变能W_e的应变率相关性,得出:在水-岩-动力的耦合中,岩石强度的应变率强化作用和水的劣化作用同时存在,但应变率强化作用占主导地位;裂隙水对岩石强度的应变率效应有强化作用,并且这种强化作用随着应变率的增大而增强;岩石的峰值应变在水的耦合作用下应变率效应更为显著;当应变率超过某一阈值时,吸水试样在弹性变形阶段更加容易变形,弹性模量降低,而在冲击作用下,裂隙水阻碍裂纹发展,试样抵抗变形的能力增强,变形模量线性增加;水-岩耦合作用下W_e对应变率更为敏感,与干燥试样的W^D_e相比,W^W_e随着应变率的增加而增长更为迅速。     

中低应变率范围内单轴压缩下花岗岩断口细–微观特征研究

岩石宏观破裂状态及其细–微观形貌是表征岩石破坏机制的重要特征,而断口形貌则由岩石破裂过程中的能量特征确定。花岗岩在中低应变率加载条件下宏观上均成剪切破裂模式。利用扫描电镜(SEM)和3D激光扫描仪,研究不同应变率加载条件下花岗岩断口的细微观形貌特征;采用分形原理,对岩石破裂表面的粗糙程度进行定量表征。结果表明:随着应变率的增高,花岗岩细微观断裂模式变化规律为沿晶断裂→沿晶断裂和解理断裂→穿晶断裂(路径弯折)→穿晶断裂(路径较平直)。应变率的不同导致岩石破裂过程中吸收能量的差异,进而影响裂纹扩展的难易程度以及参与扩展裂纹的数量,最终导致岩石强度随应变率的增加而增加。     

高应变率下预制单节理岩石SHPB劈裂试验能量耗散分析

应用SHPB试验装置研究预制单节理岩石的能量耗散关系。使用SHPB试验系统,对高径比为0.5的完整花岗岩试样及预制单节理花岗岩试样进行高应变率下的冲击劈裂试验。在相同驱动气压下,改变加载方向与节理间的夹角,完成高应变率相同入射能下的冲击劈裂试验。对SHPB系统中的入射能、反射能、透射能及试样吸收能的时程变化规律进行了分析;从能量角度出发,分析冲击荷载作用下单节理岩石的能量耗散规律及其各向异性特征。结果表明:高应变率下,完整花岗岩试样在冲击劈裂试验中的吸收能随平均应变率增加而增加,表现出显著的应变率相关性;预制单节理岩石与加载方向之间夹角对破坏模式的影响明显,节理试样产生3种破坏模式:(1)穿越节理面的劈裂破坏;(2)沿节理岩石层面的滑移破坏;(3)劈裂与滑移破坏共同作用下的破坏。在入射能基本相同,入射时间较长时节理岩石试样吸收能较入射时间较短时的吸收能大。动态劈裂试验中,节理试样的吸收能随节理角度变化(0°~90°)近似呈U型。研究成果可为节理岩石动态力学性能研究提供参考。     

应变率对有机玻璃在单调压缩下失效的影响

文章利用电子万能实验机对有机玻璃在不同应变率下做了单轴压缩实验,验证了有机玻璃这种典型粘弹性材料的弹性模量和屈服强度对应变率的敏感性,并发现其在单轴压缩下开裂失效对应变率具有正相关性。并引入耗散能密度分析了引起这种率相关性的原因。     

不同循环加卸载路径下红砂岩声发射与应变场演化规律研究

为研究不同循环加卸载路径下红砂岩的损伤演化规律,基于MTS815岩石力学试验系统对红砂岩开展恒下限和变下限循环加卸载试验,同步进行声发射和数字图像相关技术(DIC)监测。结果表明：相较于单轴压缩试验,恒下限循环加卸载下岩石平均抗压强度提高了6.5%,变下限循环加卸载提高不显著。恒下限循环加卸载下Felicity比平均值随应力增大而持续减小,而变下限循环加卸载后期的Felicity比基本保持不变。表观应变场演化趋势与声发射变化特征一致,恒下限循环加卸载下岩石破坏前损伤变形逐渐增大,呈缓增型特点;而变下限循环加卸载下加卸载前期损伤应变较分散,直至应力超过峰值强度66%时,岩石较大表观应变点才由分散快速集中,局部区域变形急剧增大,呈突变型特点,试样表现为剧烈的脆性破坏,实际工程中应予以重视。     

高应变率下饱水冻结红砂岩变形破坏分析

以白垩系红砂岩为研究对象,利用SHPB动态冲击试验,研究低温状态下红砂岩的变形破坏和能量传递规律,分析不同程度负温对岩石强度性能、损伤变量及能量耗散规律的影响;通过引入分形维数D,建立冻结红砂岩块度分形计算模型,探究块度分形维数与破碎断裂能之间的关系。研究结果表明,饱水红砂岩在低温状态下的动态强度随温度降低(25℃～-40℃)呈先增大后减小的趋势,这与单轴实验中岩石强度随温度降低逐渐增大的趋势有着较大的差异,而随着温度的降低,红砂岩张拉破裂面积先增大而减小,这说明饱水冻结红砂岩破坏模式由张拉破坏向剪切破坏逐步过渡;冻结岩石试件的宏观破坏与破碎断裂能W_(FD)有着密切的关系,破碎断裂能W_(FD)越大,破碎体数量越多,岩石破坏越严重,而破碎断裂能W_(FD)与分形维数D正相关,破碎过程中耗散的断裂能越多,相应的分形维数就越大,但分形维数D随破坏断裂能W_(FD)增加的速率逐渐放缓。     

红砂岩风化土在侧面刚性约束条件下满夯冲击作用效应

采用改装的击实仪对赣南地区红砂岩风化土进行室内满夯冲击试验,通过预埋带有编号的钢珠测试土体的水平和竖向位移,采用自制环刀取土测试不同位置土体的密度变化.试验结果表明,满夯在侧面刚性约束条件下：越靠近击实筒圆心处,竖向位移增大幅度的均匀性越好,且随着深度的增大而减小的幅度与深度的大小近似成反比关系;夯击后任意位置处的红砂岩风化土颗粒没有发生水平位移;测点离击实筒圆心距离越小,密度随总夯击能增大的幅度越大,反之增大的幅度越小.     

红砂岩风化土在侧面刚性约束条件下满夯冲击作用效应

采用改装的击实仪对赣南地区红砂岩风化土进行室内满夯冲击试验,通过预埋带有编号的钢珠测试土体的水平和竖向位移,采用自制环刀取土测试不同位置土体的密度变化。试验结果表明,满夯在侧面刚性约束条件下:越靠近击实筒圆心处,竖向位移增大幅度的均匀性越好,且随着深度的增大而减小的幅度与深度的大小近似成反比关系;夯击后任意位置处的红砂岩风化土颗粒没有发生水平位移;测点离击实筒圆心距离越小,密度随总夯击能增大的幅度越大,反之增大的幅度越小。     

高应变率下新型纤维砂浆动态劈拉特性

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击试验,研究了超高分子聚乙烯(UHMWPE)纤维砂浆、聚乙烯醇(PVA)纤维砂浆试件的动态劈拉特性,阐述了纤维砂浆动态劈拉强度和动态增长因子的应变率效应;提出了静动态统一的纤维砂浆劈拉强度拟合公式;结合试件破坏形态和能量耗散,分析了纤维砂浆劈拉性能的优劣.结果表明:相对于PVA纤维砂浆,UHMWPE纤维砂浆抗拉增强效应更加突出;不同类型的PVA纤维砂浆动态力学性能存在明显差异;纤维砂浆动态劈拉强度、动态增长因子和能量耗散均随加载应变率增大而增长;相比素砂浆,掺1.8kg/m~3的UHMWPE纤维砂浆最大动力耗散能Ws,max大约提高15%.     

高应变率下聚氨酯泡沫材料动态力学性能研究

在静力试验的基础上,利用INSTRON-1185型万能材料试验机在快速加载条件下对不同应变速度的聚氨酯泡沫材料动载抗压性能进行了较系统的试验,完整给出了聚氨酯泡沫材料在高应变速率下的动态应力应变曲线,定性研究了聚氨酯泡沫材料的动态力学行为,探讨了该材料性能与加载速率的关系,得到了考虑应变率效应的材料动态本构关系,最终给出了便于工程应用的材料静态和动态力学参数之间的关系.