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循环冲击荷载下花岗岩动力学性能与能耗特征试验研究
| 论文题名： | 循环冲击荷载下花岗岩动力学性能与能耗特征试验研究 |
| 关键词： | 花岗岩;冲击荷载;动力特性;SHPB试验;循环冲击;能量耗散 |
| 摘要： | 在实际应用中，钻爆法是世界岩石隧道开挖工程最常用的方法之一，在利用钻爆法施工的过程中，围岩往往会受到循环动力荷载的作用，从而影响岩石的动力特性，进而影响隧道的应力状况和稳定性。然而，目前对于循环冲击荷载作用下岩石的动力特性和损伤演化的研究仍有较大空缺。因此，研究岩石在循环荷载下的动力性能，特别是能量耗散和损伤演化具有重要意义。本文以花岗岩为研究对象，基于直径100mm的SHPB试验系统对直径为100mm的花岗岩试样进行了不同冲击荷载下的循环冲击试验，详细讨论和分析了花岗岩的动力性能、能量耗散、损伤演化与破坏形态等。主要的研究内容和结论如下： (1)基于直径100mm的SHPB试验装置，开展了花岗岩单轴循环冲击试验，以7m/s、8m/s、9m/s和10m/s四种冲击速度作为不同的循环冲击荷载，讨论分析了花岗岩的动态力学性能、能量耗散规律、损伤累积效应以及破坏形态。结果表明，随冲击次数增加，花岗岩试样的峰值应力呈线性下降，峰值应变呈线性增加，动态弹性模量整体降低。不同冲击速度下花岗岩的能量演化可近似划分为三个阶段：线弹性变形阶段、塑性变形阶段、试样破坏阶段。试样损伤随冲击次数增加不断累积，且冲击速度越大，损伤变量增速越快。花岗岩试样破坏形态表现为低速冲击下的剪切破坏和高速冲击下的劈裂破坏两种破坏模式。 (2)对直径100mm，长径比分别为1、0.75、0.50、0.25的花岗岩试样进行循环冲击试验研究，探讨花岗岩循环冲击荷载下的尺寸效应。同一冲击速度下，试样长径比越小，其破坏所需要的冲击次数越少，损伤则增加较快。试样的峰值应变随着长径比增加有所降低，而峰值应力则几乎不受长径比影响。同一冲击速度下，试样长径比越大其破碎程度也越大，表现为破碎块度减小、破碎块数增多。 (3)基于带围压的SHPB试验装置，开展了花岗岩在2MPa、4MPa和6MPa三种围压状态下的循环冲击试验。研究发现随围压增大，试样平均应变率逐渐增大，峰值偏应力有所增加。试样动态增强因子在6MPa围压下数值最大，且随冲击次数下降缓慢。在2MPa和4MPa围压下，花岗岩试样表面裂缝宽度较大，6MPa围压时，则以细裂缝均匀分布为主。 |
| 作者： | 董斌 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 王新宇;韩胜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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