發(fā)布時間：2020-11-18 19:38

　　 巖石在動荷載和圍壓作用下的力學性能涉及到地下工程結構開發(fā)、礦井深部沖擊地壓和高地應力下脆性巖體的巖爆等多個領域。目前,有關巖石在動載和圍壓耦合作用下力學性能的研究仍相對較少。本文基于巖石動力學基本理論開展室內實驗,并結合數(shù)值模擬技術,開展的工作及得出的結論主要如下: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。結果表明,隨圍壓和應變率的增大,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變率效應主要表現(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,加載應變率和試樣能耗密度及入射能間有良好的線性關系,且在相同入射能下應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為高圍壓下壓剪破壞的趨勢。接著,結合損傷統(tǒng)計理論和元件模型理論建立了花崗巖中高應變率和圍壓共同作用下的本構模型,并分析了各個參數(shù)對模型應力-應變曲線的影響。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力-應變曲線有明顯影響,其中參數(shù)m處于3~6之間,α與圍壓和應變率成正比;黏滯系數(shù)η影響著全應力-應變曲線,大小分布在0.1~0.5之間。最后,詳細介紹了Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本構中各個參數(shù)的物理意義,并結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)生張應變破壞,繼而轉為軸向劈裂破壞,并有部分被壓碎;HJC模型能較好地表征大變形、高應變率以及圍壓作用下巖石類材料的應力應變關系以及破壞形態(tài),數(shù)值模擬與試驗結果吻合度較高。
【學位單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU45
【部分圖文】：

應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，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學會（ISRM）的試驗測試要求，為消除橫向慣性效應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，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
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本文編號：2889119