预应力下组合试件冲击荷载试验能量耗散研究

为研究矿房爆破回采时,爆破动荷载对相邻尾砂胶结矿柱的稳定性影响,基于分离式霍普金森(SHPB)实验系统,对矿岩-胶结充填体组合试件开展三维动静组合SHPB实验,研究冲击荷载穿过矿岩对不同强度胶结充填体能量传递特性。试件在0.45MPa、0.50MPa、0.55MPa和0.60MPa四种冲击气压下,三种轴围压组合(Z_(0.9)-W_(1.8)、Z_(1.8)-W_(3.6)和Z_(2.7)-W_(5.4))条件下的能量传递特性经实验研究表明:Z_(0.9)-W_(1.8)时吸收能随着冲击气压增大,Z1.8-W3.6时吸收能随着冲击气压先增后减,透射能有细微增大。引入了实验的能量比例N_(X),发现80%以上的能量以反射能的形式返回入射杆;并建立四级筛分系统,统计分析试件破坏后的不同直径大小碎块的质量分数。

冲击荷载作用下软硬互层类岩石力学特性

基于三峡库区砂泥岩互层岩体的实测数据,采用相似材料以分层浇筑的方法制作软硬互层类岩石试样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,探究不同冲击速度下,不同厚度比和岩层组合方式岩样的应力波传播特性、力学性能、能量耗散特征及分形特征。研究结果表明:受波阻抗匹配效果影响,透射波率随着硬岩体积占比增大而增大;透射波率越大的岩样,其破碎时的耗散能密度越大;随着冲击速度增大,各岩样透射波率先增大后减小,动态抗压强度呈近线性增长的规律,其破坏程度逐渐加剧;在冲击荷载作用下,强度较大的类砂岩在层间面力作用下易产生沿加载方向的张拉破坏,而强度较小的类泥岩易产生与沿加载方向呈一定倾角的剪切破坏;互层岩石软岩体积占比越大,其碎块分形维数随耗散能密度增加而增加的趋势越缓。对于互层岩体的破岩施工,应选在软岩体积占比多、硬岩在外表层且交界面数量少的位置,并根据软硬岩占比情况,应该选择合适的炸药量或掘进速度,以达到更好的破岩效果。

冻融循环层理砂岩冲击荷载下应变率特性研究

随着现代战争武器的杀伤力不断增强,剧烈的侵彻和爆炸作用在地壳中形成能量巨大的应力波,对国防工程、民用建筑的地下围岩和地面工程造成强烈的冲击作用。同时,层理岩石广泛存在于自然界且力学性质复杂,直接关系到工程的可靠性。本文介绍了Φ100 mm SHPB试验系统结构及其基本原理;基于SHPB冲击试验平台对经历0、20、40次冻融循环的垂直、平行层理试样进行6、8、10、12、14 m/s弹速下的冲击压缩试验;对冲击作用下冻融循环层理砂岩的应变率特性进行分析,研究了冲击作用下冻融循环层理砂岩的强度、变形性质,针对性地对岩石的层理动荷载关系进行了力学响应的试验研究。试验结果对高寒、冻融地区的岩土工程及地下工程施工具有较强指导意义。

活性粉末混凝土冲击压缩性能及本构关系

为了克服传统活性粉末混凝土(RPC)须高温蒸养的缺点,采用粒化高炉矿渣代替部分水泥制备出免蒸养RPC,利用直径为80 mm的霍普金森压杆试验系统(SHPB)对免蒸养RPC进行冲击压缩试验研究,探究率效应对免蒸养RPC动态力学性能的影响规律,建立动态本构模型.结果表明:在10~290s^(-1)的应变率范围内,免蒸养RPC的峰值应力、峰值应变和冲击韧性表现出明显的率敏感性,而弹性模量在不同应变率下基本保持不变.改进型ZW-T黏弹性本构模型和基于Weibull分布的模型均能对免蒸养RPC的动态应力-应变曲线进行较好的描述,基于Weibull分布的模型所含参数相对较少,根据模型中各参数与应变率之间的关系可以对不同应变率下的应力-应变曲线进行预测.

一维高应力及重复冲击共同作用下岩石的本构模型

阐述一维高应力及重复冲击共同作用下岩石的本构模型研究的意义。采用组合模型研究方法,将岩石单元看成一个弹性元件和一个黏性元件串联后与损伤体Da1并联,最后与损伤体Da2串联,构成岩石单元组合体力学模型,推出一维高应力及重复冲击共同作用下岩石的本构方程。针对建立的本构模型,设计矽卡岩、蛇纹岩在一维高应力及重复冲击共同作用下的岩石力学试验,试验结果得出,峰值应力前动态应力–应变曲线变化的趋势一致,没有压密阶段,仅有弹性阶段、非线性变形阶段,峰值应力后出现回弹、不回弹2种现象。借助试验结果对建立的本构模型进行验证,结果表明建立的本构方程的拟合曲线和试验曲线具有很好的一致性。