為探究隧道工程開挖過程中外部荷載對隧道圍巖多重擾動的影響,采用霍普金森壓桿（SHPB）裝置進行不同沖擊荷載（0.6、0.7、0.8 MPa）和沖擊方式（等幅與不等幅沖擊氣壓）下的循環(huán)沖擊試驗,以此分析沖擊載荷作用下含孔洞巖石試件的動力學特性、損傷特征、能量耗散和破壞形態(tài)。結果表明:基于一維應力波理論和界面連續(xù)條件得到適用于含豎向孔洞巖石試件計算的改良損傷計算公式;豎向孔洞的存在會影響巖石應力-應變曲線的變化趨勢,并在經歷數次沖擊后尤為顯著;花崗巖損傷積累隨平均應變率增大呈冪函數增長,且隨沖擊荷載的增加呈現(xiàn)良好的規(guī)律性;積累比能量吸收值隨循環(huán)沖擊的進行逐漸增大,且試件的破壞模式經歷了橫向拉伸破壞、橫向拉伸-軸向劈裂組合形式、軸向劈裂破壞的轉變。 

【文章來源】：中國安全科學學報. 2020年07期 北大核心

【文章頁數】：9 頁

【部分圖文】：

含豎向孔洞花崗巖試件

試驗設備為50 mm桿徑的SHPB裝置。圖2為SHPB試驗系統(tǒng)和檢測設備，該裝置的沖頭、入射桿、透射桿和吸收桿均采用40Cr合金鋼，其縱波波速為5 400 m/s，密度為7 810 kg/m3，彈性模量為240 GPa，波阻抗為4.2×107MPa/s。入射桿與透射桿上貼有2組應變片，借助超動態(tài)應變儀和示波器采集并顯示桿的變形情況數據。發(fā)射腔內采用紡錘型沖頭消除波形震蕩，實現(xiàn)半正弦波加載，以達到恒應變率加載的目的。1.3 試驗方案

式中:P、PI、PR、P"T為彈性桿中的應力波、入射波、反射波和試件中的透射波;AT、AS為彈性桿和沖擊前試件的截面面積，m2;ρT、ρS為彈性桿和沖擊前試件的密度，kg/m3,CT、CS為彈性桿和沖擊前試件的縱波波速，m/s;mT和mS為彈性桿和沖擊前試件的波阻，kg/s;μ為一維縱波從入射桿進入試件時的反射率。在試驗中，由于反射波和入射波由同一應變片測得，反射波的起始點會受到入射波較大的影響，此時入射波的起跳點和反射波真實情況的起跳點在時間和大小上很難對應，容易造成誤差，而透射波不會存在這種情況，所以采用式(3)推導損傷模型。此時入射波、透射波為時間的函數，將式(3)帶入界面III-IV上的連續(xù)條件，得到


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