不同含水率红砂岩静动态劈拉试验及细观分析

研究水-岩耦合作用下岩石力学特性及细观结构,对减少由地下水造成的深部岩体工程病害具有重要意义。采用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置与电液伺服压力试验机,进行不同含水率下砂岩试件的动静态劈裂抗拉试验,而后对试件破坏断口进行电镜扫描观察,分析断口形貌特征,依靠SEM图像数字处理技术,进一步得出红砂岩拉伸破坏规律。试验结果表明:红砂岩的劈拉强度随含水率的增加而降低,有明显的遇水软化现象;相比于静态抗拉强度,动态抗拉强度大幅提升,且有显著的应变率强化效应;随着含水率的提高,砂岩试件拉伸破坏时,碎块数量逐渐增多,尺度逐渐减小;饱水岩样的动态劈裂拉伸破坏相比于干燥岩样表现出一定的塑性特征。对断口微裂隙的面积等信息进行定量化处理,分析动态劈拉破坏中的水-应变率效应,得出水在不同应变率下砂岩试样的动态劈拉破坏裂纹扩展中具有均衡作用;微裂隙数量与面积随应变率的提高有增加趋势,破坏断口细观形貌特征存在应变率相关性。     

围压条件下砂岩循环冲击损伤的力学与超声分析

采用带围压装置的φ100mm霍普金森压杆系统,对砂岩试样进行了单轴冲击和4MPa、20MPa围压条件下的循环冲击试验,并对每次冲击前后的砂岩试样进行超声纵波检测,分析了砂岩在冲击荷载循环作用下的应力、应变特征,定义了砂岩试样的屈服-弹性比用以描述围压下试样应力应变曲线的弹塑性特征,采用纵波波速定义了砂岩试样的冲击损伤并分析了循环冲击试验中砂岩试样纵波波速和应力应变之间的关系。分析发现：在围压作用下,应力－应变曲线呈现典型的弹塑性特征。随着冲击荷载循环作用次数的增加,砂岩试样屈服应力、峰值应力降低,屈服应变、峰值应变增加。随着循环冲击作用次数的增加,砂岩试样的应力、应变特征与纵波波速之间存在良好的相关关系。较低围压状态下累计损伤度明显高于较高围压下砂岩的累积损伤,砂岩循环冲击损伤具有明显的围压效应。研究结果对地下工程的建设和防护有一定的指导意义。     

热损伤砂岩力学与超声时频特性研究

岩石经历高温作用后会产生不同程度的热损伤。通过单轴压缩试验,对经历25℃,100℃,200℃,400℃,600℃,800℃,1 000℃高温作用后的砂岩试样力学特性进行分析;通过超声纵波试验,基于小波变换方法,在时域和频域对其超声特性进行研究。提出频谱峰度(KFS)的概念,用以描述超声信号频率分布的杂乱/集中程度。研究发现:随着作用温度的升高,砂岩试样表面色调变暖,纵波波速显著降低,波形趋于紊乱,峰值应变增大,峰值应力、弹性模量变化呈现出非线性特征。在频域对超声信号进行分析发现,砂岩试样接收谱形心频率和频谱峰度随温度的变化呈非单调性,其与峰值应力、弹性模量的变化规律有较强的一致性。砂岩是一种典型的矿物胶结岩,矿物颗粒和胶结物在高温作用下产生不同变化,并对砂岩的各项特性产生不同影响。以宏观的声学力学特征变化探究不同等级高温作用后砂岩的热损伤,研究结果对高温环境岩石工程具有一定的指导意义。     

冻融红砂岩的SHPB试验研究及细观分析EI北大核心CSCD

使用100 mm直径分离式霍普金森压杆对不同冻融循环次数的红砂岩试件进行冲击试验,得到了冻融红砂岩的应力应变曲线,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化。使用扫描电镜对冻融后的岩样进行检测,分析了冻融循环对红砂岩的影响。研究结果表明,随冻融次数的增加,峰值应力降低,且峰值应力具有明显的应变率效应,采用峰值应力相对损失量ξ对不同应变率作用下的试件进行归一化处理,ξ随冻融循环的进行近似线性变化。随冻融循环次数的增加,峰值应变逐渐增加,试件的弹性模量逐渐降低。利用扫描电镜对冻融试件的进行扫描,发现冻融循环后红砂岩试件的胶结物质大量脱落,颗粒间联接减弱。定量分析表明,孔隙面积的增加与红砂岩强度的降低有明显的相关关系。