冲击荷载作用下冻融砂岩力学性能及破坏机理研究

论文摘要

我国北方存在广袤的季冻区,处于季冻区的岩体除承受工程载荷作用外,还长期经受冻融循环的作用。爆破、机械破岩等是岩石工程常用的施工方法,给岩体施加高应变率载荷作用,使得岩体工程的环境更加恶劣复杂,为岩石工程问题的解决带来新的挑战。本文以北方季冻区岩体工程为研究背景,综合运用试验研究、理论分析等方法与手段,借助于饱水冻融试验法与分离式霍普金森压杆试验系统,对饱水冻融和高应变率环境下岩体的力学性能及破坏规律进行系统研究,取得如下具有创新性成果:（1）测定了饱水冻融砂岩试样在静态单轴压缩条件下的力学性能及破坏规律,得到了岩样的应力-应变曲线、弹性模量、峰值强度、峰值应变及泊松比随冻融温度的变化规律,并分析得到了岩样的力学性能对冻融温度的敏感性。研究表明:砂岩的弹性模量、峰值应力及泊松比均随冻融温度降低而减下,峰值应变随冻融温度降低逐渐增大;随着冻融温度降低,砂岩破坏特征由拉破坏逐渐向压剪破坏转变。（2）利用分离式霍普金森压杆试验系统,测定了砂岩试样在冻融与高应变率耦合作用下的力学性能及宏观破坏规律,得到了冻融温度和应变率大小对岩石动态力学性能的影响规律。研究表明:随着冻融温度降低,砂岩动态弹模与峰值应力逐渐减小,而峰值应变逐渐增大,即砂岩抗压强度减弱,抗变形能力减小;随着试样应变率增大,试样的动态弹性模量、峰值应力及峰值应变均逐渐增大。（3）借助于破碎块度分析方法、分形特征理论及能量耗散理论等,分析得到了冻融温度及应变率大小对岩样宏观破坏特征的影响规律,揭示了冻融与高应变率耦合作用下岩样破坏的能量耗散机制。研究表明:随着冻融温度降低,试样的破碎程度加大,试样破碎所需能耗减小;随着应变率增大,试样破坏程度随之加大,系统对试样破碎的耗散能比增加。研究成果可为冻融和高应变率环境下岩石工程设计提供参考。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 安超

导师: 茅献彪

关键词: 饱水砂岩,冻融效应,高应变率,动力学特性

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学

分类号: TU45

总页数: 107

文件大小: 5285K

下载量: 146

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