层状紫砂岩单轴冲击动态力学特性的试验研究

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冲击荷载下层状紫砂岩的力学特性、变形与破坏特征对研究层状岩体的失稳破坏机理以及岩体工程施工都具有重要意义。本文利用霍普金森压杆对不同层理倾角和预制孔洞的层状紫砂岩试样进行了压缩冲击破坏试验,获得动态压缩应力-应变曲线和能量耗散数据,并通过数字图像相关技术得到试件破坏过程的动态变形场,着重研究了层理倾角与预制孔洞对层状紫砂岩动态力学参数、破坏模式以及能量转换特性的影响。本文研究的主要内容和结论如下:(1)对不含孔洞的层状紫砂岩进行霍普金森压杆单轴冲击破坏试验,分析了层理倾角对紫砂岩的承载能力、破坏模式以及能量转换特性的影响。结果表明:随着层理倾角的增大,紫砂岩的动态抗压强度呈现先增大后减小的变化规律,层理倾角为45°时达到最大值。通过破坏形貌分析,可得到层理倾角对应的岩石破坏方式和动态抗压强度,同时,吸收能密度与吸收能/入射能比率与层理倾角有着密切的关系,合理的层理倾角可以提高岩体的承载能力和稳定性。(2)对含预制孔洞的层状紫砂岩进行霍普金森压杆单轴冲击破坏试验,并通过数字图像相关技术分析了岩石的动态破裂过程,研究了孔洞与层理倾角对紫砂岩的动态力学特性、破坏模式以及能量转换特性的影响。结果表明:随着层理倾角的增大,含孔层状紫砂岩的动态弹性模量逐渐增大,峰值应变逐渐减小;动态抗压强度呈先增大后减小的变化规律,当层理倾角为60°达到最大值,吸收能密度和吸收能/入射能比率与动态抗压强度存在正相关的关系。层理倾角小于60°时,岩石破坏主要受层理弱面的影响;层理倾角大于60°时,岩石破坏主要受孔洞的影响。孔边动应力峰值的产生时间随层理倾角的增大而延迟。
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