节理千枚岩能量传递与动力学特性

采用SHPB装置研究不同节理倾角千枚岩在同一冲击速度下的能量传递规律和强度衰减特征,分析干燥与饱和状态下节理千枚岩的动力学特性.结果表明:节理倾角0°时强度最大,60°时强度最小,饱和状态下千枚岩峰值动强度降低,延性增强;千枚岩的反射能显著大于透射能,且随着节理倾角变化,两者增长变化规律相反;饱和状态下反射能和透射能达到稳定阶段出现时间滞后现象;随着节理倾角的增大,千枚岩反射能比先增后减,透射能比、耗散能比则变化相反,倾角60°时反射能比最大,透射能比、耗散能比最小;随着节理倾角的增长,千枚岩破坏耗能与峰值强度均呈U型分布.

节理千枚岩动力学特性研究

为探究千枚岩节理面对其动力学特性的影响,选取不同节理倾角及方位角的千枚岩岩样进行霍普金森杆(SHPB)试验,研究发现:对于动态单轴冲击试验,随着冲击速度的提高,各个节理倾角的千枚岩应力-应变曲线线形趋于一致,延性不断增强,动态抗压峰值强度整体得到提高;随着节理面倾角的增加,千枚岩动态单轴抗压强度先减小后增加,呈“U”型分布规律,β=45°或60°时动态单轴抗压强度最小;随着节理倾角的增加,千枚岩的动弹性模量以V=18.880 m/s为界,出现较大的离散;对于动态单轴压缩试验,随着冲击速度的增大千枚岩各向异性度(AD)呈现线性增大的变化规律;对于动态巴西劈裂试验,α=15°、30°、45°时,岩石应力快速增长,达到峰值强度后,岩样发生脆性破坏,当α为其他方位角角度的情况下,岩石应力增长较为平缓,岩样发生塑性破坏,且脆性破坏的峰值强度显著大于塑性破坏的峰值强度;千枚岩动态抗拉峰值强度先增长后减小,其中α=30°时动态抗拉峰值强度最大;千枚岩拉伸动弹性模量随着冲击速度提高总体提高;方位角不同,岩样的破坏模式也有所不同,随着α的增大,岩样破坏模式逐渐由沿节理面张拉破坏为主的模式转化为以垂直于节理面的张拉破坏为主的模式。

花岗岩单轴压缩力学特性试验及数值模拟

采用电液伺服试验机对花岗岩进行单轴压缩试验,利用RFPA模拟岩石破裂过程,详细分析了单轴压缩下花岗岩各特征应力大小、损伤过程、破坏模式及裂纹扩展规律。结果表明:花岗岩在单轴压缩下裂纹闭合应力、裂纹起始应力、损伤应力分别占峰值应力的41.1%、58.7%、88.3%;在损伤变量的基础上提出损伤变量临界值,以应变值为基础建立花岗岩损伤与裂隙演化之间的联系,定量分析了花岗岩裂隙演化4个阶段下损伤变量的变化;花岗岩单轴压缩下破坏模式与主裂隙方向有关,当主裂隙方向和轴向压应力方向平行时,花岗岩发生竖向劈裂破坏,当主裂隙方向与轴向压应力方向存在夹角时,花岗岩发生竖向劈裂与剪切组合破坏;根据RFPA 2D模拟得到花岗岩破裂结果,发现当加载应力达到峰值应力的46.9%时,花岗岩内部出现局部的微损伤,当加载应力达到峰值应力的63.3%时,花岗岩内部的微损伤累积引起局部的微裂纹,当加载应力达到峰值应力的88.3%时,花岗岩内部的微裂纹汇聚形成显裂纹,在显裂纹区域出现应力集中现象,使得显裂纹相互贯通,最终导致花岗岩的宏观破坏。

闪长岩单轴压缩力学特性试验及数值模拟研究

采用微机控制伺服岩石三轴剪切流变试验机对闪长岩进行单轴压缩试验,利用RFPA分析系统模拟岩石破裂过程,详细分析了单轴压缩下闪长岩各特征应力大小、损伤过程、破坏模式及裂纹扩展规律。研究结果表明:闪长岩在单轴压缩下裂纹闭合应力、裂纹起始应力、损伤应力分别占峰值应力的36.6%、55.5%、75.6%;在损伤变量的基础上提出损伤变量临界值,以应变值为基础建立闪长岩损伤与裂隙演化之间的联系,定量分析了闪长岩裂隙演化4个阶段下损伤变量的变化;针对闪长岩应力~应变曲线出现“阶梯式下降”现象,结合试样破坏前后对比分析,发现是由于初始试样中存在一条富含石英颗粒的斜面所导致,提出闪长岩单轴压缩下破坏模式为竖向劈裂与剪切组合破坏;根据RFPA模拟得到闪长岩破裂结果,发现当加载应力达到峰值应力的54.1%时,闪长岩内部出现微裂纹,当加载应力达到峰值应力的75.4%时,闪长岩内部的微裂纹汇聚形成显裂纹,在显裂纹区域出现应力集中现象,使得显裂纹相互贯通,最终导致闪长岩的宏观破坏;通过试验和模拟对闪长岩的破坏强度、裂隙随应力变化规律、破坏模式方面进行相互印证,分析了单轴压缩下闪长岩的单轴压缩破坏过程。