巖石在動荷載和圍壓作用下的力學(xué)性能涉及到地下工程結(jié)構(gòu)開發(fā)、礦井深部沖擊地壓和高地應(yīng)力下脆性巖體的巖爆等多個領(lǐng)域。目前,有關(guān)巖石在動載和圍壓耦合作用下力學(xué)性能的研究仍相對較少。本文基于巖石動力學(xué)基本理論開展室內(nèi)實驗,并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù),開展的工作及得出的結(jié)論主要如下:首先,利用分離式霍普金森壓桿裝置(SHPB)對花崗巖試樣進行了不同圍壓下的沖擊壓縮試驗,探討了動載荷下花崗巖強度、變形、能量特征及破壞模式與機理。結(jié)果表明,隨圍壓和應(yīng)變率的增大,巖樣的強度提升明顯,能耗密度對巖樣強度的影響與應(yīng)變率相近;高圍壓下花崗巖塑性變形增大,出現(xiàn)明顯的塑性屈服平臺;莫爾-庫倫準則中動荷載強度的應(yīng)變率效應(yīng)主要表現(xiàn)為粘聚力的不斷增大,三參數(shù)冪函數(shù)準則的擬合效果最佳;圍壓一定時,加載應(yīng)變率和試樣能耗密度及入射能間有良好的線性關(guān)系,且在相同入射能下應(yīng)變率和能耗密度均隨圍壓的增加有所降低;花崗巖裂紋擴展速度與試樣破壞程度均隨能耗密度不斷增長,且呈現(xiàn)出由低圍壓下軸向劈裂破壞轉(zhuǎn)為高圍壓下壓剪破壞的趨勢。接著,結(jié)合損傷統(tǒng)計理論和元件模型理論建立了花崗巖中高應(yīng)變率和圍壓共同作用下的本構(gòu)模型,并分析了各個參數(shù)對模型應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響。研究發(fā)現(xiàn),當E_a增大,曲線加卸載段斜率均增大;參數(shù)E_b僅對屈服強度以前的曲線有一定影響;參數(shù)m與α對屈服階段以后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線有明顯影響,其中參數(shù)m處于3~6之間,α與圍壓和應(yīng)變率成正比;黏滯系數(shù)η影響著全應(yīng)力-應(yīng)變曲線,大小分布在0.1~0.5之間。最后,詳細介紹了Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本構(gòu)中各個參數(shù)的物理意義,并結(jié)合前人成果確定出適合于本文花崗巖的HJC參數(shù),之后利用ANSYS/LS-DYNA軟件進行了沖擊試驗過程的數(shù)值模擬。在沖擊荷載作用下,花崗巖試樣最先發(fā)生張應(yīng)變破壞,繼而轉(zhuǎn)為軸向劈裂破壞,并有部分被壓碎;HJC模型能較好地表征大變形、高應(yīng)變率以及圍壓作用下巖石類材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及破壞形態(tài),數(shù)值模擬與試驗結(jié)果吻合度較高。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU45
【部分圖文】：

應(yīng)將試樣切割打磨為直徑50mm、厚度25mm的圓柱體標準試件，將試樣兩端面的平行度控制在±0.05mm以內(nèi)，且表面平整度不超過±0.02mm，加工后的巖樣大致外觀如圖2.1。采用合肥工業(yè)大學(xué)實驗室的電液伺服萬能試驗機進行單軸壓縮試驗，測得該花崗巖靜態(tài)單軸抗壓強度為138MPa，密度為2620kg/m3，泊松比為0.24。并利用HS-YS4A型巖石聲波參數(shù)測試儀對花崗圖 2.1 花崗巖試樣 圖 2.2 巖石聲波參數(shù)測試儀Fig. 2.1 Granite specimens Fig. 2.2 Rock sound wave parameter tester

徑偏�。�0.7-2mm），他形粒狀，且含有黑云母成分，具體礦物組成見表 2.1。表 2.1 花崗巖礦物成分Table 2.1 Mineral composition of granite礦物成分 石英 斜長石 微斜長石 黑云母 磷鐵礦 磷灰石 鋯石 金紅石含量/% 20~25 25~35 40~50 5~8 <1 <1 <0.1 <0.1參照國際巖石力學(xué)學(xué)會（ISRM）的試驗測試要求，為消除橫向慣性效應(yīng)將試樣切割打磨為直徑50mm、厚度25mm的圓柱體標準試件，將試樣兩端面的平行度控制在±0.05mm以內(nèi)，且表面平整度不超過±0.02mm，加工后的巖樣大致外觀如圖2.1。采用合肥工業(yè)大學(xué)實驗室的電液伺服萬能試驗機進行單軸壓縮試驗，測得該花崗巖靜態(tài)單軸抗壓強度為138MPa，密度為2620kg/m3，泊松比為0.24。并利用HS-YS4A型巖石聲波參數(shù)測試儀對花崗

壓裝置 （圖 2.3 SHPB 試驗裝置Fig. 2.3 SHPB test equipment圖 2.4 SHPB 裝置示意圖Fig. 2.4 Schematic of SHPB equipme
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王從約,夏源明;傅立葉彌散分析在沖擊拉伸和沖擊壓縮試驗中的應(yīng)用[J];爆炸與沖擊;1998年03期

2 劉文勇;袁璞;馬冬冬;張陽陽;;短切碳纖維混凝土單軸沖擊壓縮試驗與分析[J];混凝土與水泥制品;2014年05期

3 黃坤;馬芹永;馬冬冬;;預(yù)制裂隙凍結(jié)黏土單軸沖擊壓縮試驗與分析[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2018年25期

4 李慶華;趙昕;徐世烺;;納米二氧化硅改性超高韌性水泥基復(fù)合材料沖擊壓縮試驗研究[J];工程力學(xué);2017年02期

5 馬芹永;冉雪美;袁璞;;EPS混凝土單軸沖擊壓縮試驗及破壞形態(tài)分析[J];地下空間與工程學(xué)報;2017年03期

6 王勇華;袁玉娟;;RPC材料Hopkinson壓桿沖擊壓縮試驗的數(shù)值模擬與分析[J];工程建設(shè)與設(shè)計;2007年08期

7 平琦;馬芹永;盧小雨;袁璞;;被動圍壓條件下巖石材料沖擊壓縮試驗研究[J];振動與沖擊;2014年02期

8 孟益平,胡時勝;混凝土材料沖擊壓縮試驗中的一些問題[J];實驗力學(xué);2003年01期

9 張華;李飛;陸峰;郜余偉;;沖擊荷載下聚丙烯纖維混凝土動態(tài)性能試驗研究[J];特種結(jié)構(gòu);2012年01期

10 陳網(wǎng)樺,朱衛(wèi)華,彭金華,王成,王福力,劉榮海;硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料隔爆性能的研究[J];爆炸與沖擊;1997年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李鴻儒;圍壓作用下花崗巖沖擊壓縮試驗與數(shù)值模擬研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

2 許文君;巖石高溫沖擊壓縮試驗的加溫技術(shù)研究[D];安徽理工大學(xué);2010年

3 方芳;雙軸向經(jīng)編針織復(fù)合材料壓縮性質(zhì)應(yīng)變率效應(yīng)和失效機理[D];東華大學(xué);2015年

本文編號：2889119