动静组合加载下含不同倾角裂隙岩石的力学特性与破坏规律

深部裂隙岩体开挖受初始地应力和外界动力扰动的共同作用。本文基于改进的霍普金森压杆和数字图像相关技术,对完整和含不同裂隙倾角的花岗岩进行预静载下的冲击试验,研究了动静组合加载下预制裂隙对岩石动态力学响应和破坏特性的影响规律。结果表明,完整试样和含不同裂隙倾角试样的峰值应变和动态强度随着轴向静压的增加而减小,加载方向90°的裂隙对峰值应变、动态强度和组合强度只有较弱的降低程度,而45°和0°裂隙则有明显的降低作用。含90°裂隙试样在中低轴向静压下发生剪切-拉伸复合破坏,在高轴向静压下发生剪切破坏。含45°和0°裂隙试样在不同的轴向静压下由于预制裂隙的影响均发生宏观剪切破坏。基于数字图像相关技术发现,在宏观裂纹(包括剪切和拉伸裂纹)形成前的微裂纹均属于拉伸裂纹,含45°和0°裂隙试样,在预制裂隙尖端要远早于其他位置产生的拉应变和剪应变集中。

循环冲击荷载下花岗岩力学和能量耗散特性研究

针对隧道或城市地下工程施工过程中重复爆破对围岩稳定性的影响开展研究。在不同轴压等级和冲击荷载作用下,利用带轴压装置的霍普金森压杆装置,对含横向孔洞的花岗岩试件进行单轴循环冲击试验研究,分析了花岗岩试件在动态循环冲击荷载下的力学性质和能量吸收规律特性。通过建立基于在能量耗散的岩石损伤度的判定准则,利用累计比能量来表征岩石在冲击过程中的损伤能量特性。研究结果表明:在施加轴压条件下,冲击试样的反射波形表征为“双峰”现象,并随损伤值的增加逐渐向“单峰”状态过渡。试件的动态峰值应力随冲击次数的增加先增大再降低,当轴压为21 MPa时抵抗外部冲击作用的能力最强,岩石的比能量随应变率的增加而逐渐增加且有较好的相关性。基于能量耗散建立的损伤值准则通过试验证明可以很好地表征损伤随冲击次数的关系,表现为缓慢增加-平稳增长-高速增长,且损伤值主要由最后一次冲击造成。试件冲击破坏形态在不同轴压水平作用下,均为轴向劈裂破坏模式,随应变速率的增大,试件吸能增多,单位破裂面逐渐增多,破碎程度加剧,碎块尺寸减小;当应变率较小时,破碎效果不明显;当应变率较大时,破碎效果显著。