發(fā)布時(shí)間：2020-11-08 14:27

　　 花崗巖風(fēng)化殼區(qū)內(nèi)進(jìn)行的工程爆破活動(dòng),無不涉及風(fēng)化巖石高應(yīng)變率下的損傷破裂等力學(xué)問題。本文以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(NO.51404111)為依托,以弱風(fēng)化花崗巖為研究對象,利用SHPB研究高應(yīng)變率下弱風(fēng)化花崗巖壓縮性能及損傷破裂特性。對比分析風(fēng)化和致密花崗巖動(dòng)靜抗壓性能、不同孔隙度弱風(fēng)化花崗巖的動(dòng)力學(xué)特性、循環(huán)沖擊下弱風(fēng)化花崗巖的損傷演化規(guī)律及其動(dòng)態(tài)損傷演化本構(gòu)模型和強(qiáng)度準(zhǔn)則,取得如下結(jié)論。(1)利用SHPB試驗(yàn)技術(shù)對孔隙度相近的弱風(fēng)化與致密花崗巖,進(jìn)行應(yīng)變率在5.0×10~(-5) s~(-1)和26.07 s~(-1)～75.16 s~(-1)下的單軸壓縮試驗(yàn),對比分析了兩者強(qiáng)度和變形特性、能量耗散規(guī)律。研究表明,弱風(fēng)化巖石比致密巖石的反射波幅值高、透射波幅值低;兩種巖石在不同應(yīng)變率下,動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)力和彈性模量呈先增后減趨勢變化,應(yīng)變率、峰值應(yīng)變和最大應(yīng)變呈指數(shù)式增長,動(dòng)態(tài)彈性模量與應(yīng)變率弱相關(guān),有增大趨勢;兩種巖石能量耗散具有顯著的應(yīng)變率效應(yīng),且破碎程度與應(yīng)變率正相關(guān)。(2)利用NMR技術(shù)研究了孔隙度在2%～8%弱風(fēng)化花崗巖的孔群層次細(xì)觀結(jié)構(gòu)分布,篩選出兩組不同孔隙的巖樣,分別進(jìn)行損傷和破壞沖擊,研究了不同孔隙巖石應(yīng)力波的傳播特性和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的演化規(guī)律。研究表明,弱風(fēng)化花崗巖隨孔隙度增大,強(qiáng)度降低、變形和應(yīng)變率增加;損傷沖擊吸收能與孔隙度呈正相關(guān),破壞沖擊則相反;彈性模量與初始損傷程度相關(guān),與應(yīng)變率相關(guān)性不強(qiáng)。(3)利用能量法確定弱風(fēng)化花崗巖的有效損傷閾值為0.0410 J/cm~3,研究等速/不等速循環(huán)沖擊下弱風(fēng)化花崗巖力學(xué)特性。研究表明,等速循環(huán)沖擊中,隨沖擊次數(shù)的增加,彈模、割線模量均減小,應(yīng)變率呈先增后減的趨勢,吸收能不斷增長;在不等速循環(huán)沖擊中,彈性模量和峰值應(yīng)力呈先增后減,應(yīng)變和應(yīng)變率不斷增長;循環(huán)沖擊下?lián)p傷演化具有典型的三個(gè)階段,建立了的雙參數(shù)損傷演化模型;利用最大應(yīng)變法確定義的損傷變量可以統(tǒng)一描述等速/不等速循環(huán)沖擊損傷演化規(guī)律,損傷度等于0.45是加速破壞的閾值。(4)基于連續(xù)損傷力學(xué),建立了應(yīng)變、應(yīng)變率相關(guān)的損傷演化方程;基于等效應(yīng)變假設(shè),構(gòu)建弱風(fēng)化花崗巖的分段動(dòng)態(tài)損傷演化本構(gòu)模型,并討論了多種強(qiáng)度準(zhǔn)則,及其在巖土爆破設(shè)計(jì)中裝藥量、壓碎圈半徑和周邊控制爆破孔內(nèi)裝藥參數(shù)計(jì)算。
【學(xué)位單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TD315
【部分圖文】：

第一章緒論6(c)廣義流變模型(d)時(shí)效損傷本構(gòu)模型圖1.2動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型2006年單仁亮等[64]在研究無煙煤動(dòng)態(tài)損傷本構(gòu)模型時(shí)引入線性黏彈性本構(gòu)模型[65]，說明圖1.2中的模型對“軟巖”實(shí)用性不強(qiáng)。線性黏彈性本構(gòu)模型是胡時(shí)勝等[65]為適用混凝土，基于1981年朱兆祥、王禮立和唐志平針對工程塑料首次提出的非線性黏彈性本構(gòu)模型[66]而改進(jìn)的。非線性黏彈性本構(gòu)模型由非線性彈簧E0、低頻Maxwell體1和高頻Maxwell體2并聯(lián)組成，物理模型如圖1.3a，結(jié)合熱激活損傷演化模型，得到計(jì)及損傷動(dòng)態(tài)演化的ZWT方程[67,68]（MD-ZWT模型）：e1200121expexpttttDEdEd(1.6)23e0E(1.7)1DthDKε>εth(1.8)混凝土、巖石[64,65]脆性材料在彈性階段σ-ε曲線呈線性，故取σe(ε)的第一項(xiàng)；為便于研究用彈性模量折減法宏觀定義損傷變量，D=1-E(εi)/E0，其中E(εi)為σ-ε曲線上任一點(diǎn)與原點(diǎn)的割線模量，E0為初始彈性模量，物理模型同圖1.3a。對于高應(yīng)變率花崗巖的SHPB試驗(yàn)，凌天龍等[69]將低頻Maxwell體1等效為彈模為E1的彈簧，令Ea=E0+E1，則(1.6)可化簡為：a2021expttDEEd(1.9)在考慮損傷時(shí)對ZWT模型整體做損傷處理，存在物理意義模糊的問題，故趙光明等[70]將ZWT模型中非線性彈簧換成損傷體D0，損傷體強(qiáng)度沿用文[58]，物理模型如圖1.3b，本構(gòu)模型為：112212exp1exp1expmDEEE(1.10)李淼[71]對模型1.3b進(jìn)行簡化，直接剔除低頻Maxwell體1，損傷體強(qiáng)度沿用文[60]，物理模型為圖1.3c，本構(gòu)模型為：

第一章緒論72202exp1expmDEEF(1.11)相較于(1.10）更加簡潔。隨后謝理想等[72]考慮到黏缸無損傷特性，故用損傷體代替ZWT模型中的彈性元件，損傷體與黏缸串聯(lián)，組成低頻損傷黏彈體1和高頻損傷黏彈體2，物理模型如圖1.3d，損傷體強(qiáng)度沿用文[58]，本構(gòu)模型為：121122expexp11220exp11mmmDEEeEe(1.12)該模型具有明確的物理意義，適用于不同應(yīng)變率的軟巖和混凝土，能反映復(fù)雜的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性，但需要確定11個(gè)參數(shù)。(a)ZWT模型(b)軟巖改進(jìn)ZWT模型(c)改進(jìn)ZWT簡化模型(d)黏彈性損傷模型圖1.3ZWT模型及其改進(jìn)模型除此之外，朱晶晶[59]綜述了其他巖石動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型，如動(dòng)態(tài)損傷累積模型、NAG模型、TCK模型、J-H模型、Rajendran-Grove模型等[73-78]。綜上，采用流變元件和損傷體組合建立動(dòng)態(tài)損傷本構(gòu)模型時(shí)，反映巖石真實(shí)動(dòng)力學(xué)行為模型的復(fù)雜性與工程應(yīng)用要求的簡潔性相矛盾，建立統(tǒng)一的巖石動(dòng)力學(xué)模型難度更大。因此，部分學(xué)者從巖石的σ-ε曲線出發(fā)，以損傷力學(xué)為基礎(chǔ)，分段構(gòu)建巖石動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型[79-81]。眾多研究中，鮮有對孔裂隙發(fā)育的風(fēng)化巖石動(dòng)態(tài)損傷本構(gòu)模型進(jìn)行研究的，用流變元件構(gòu)造本構(gòu)模型時(shí)難以反映巖石真實(shí)力學(xué)行為，且存在上述矛盾。以弱風(fēng)化花崗巖試驗(yàn)的σ-ε曲線出發(fā)，研究分段構(gòu)建動(dòng)態(tài)損傷本構(gòu)模型的簡潔方法是必要的，可為風(fēng)化殼巖土工程的施工提供理論指導(dǎo)。

高徑比為1的弱風(fēng)化(下)和
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2874909