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循环冲击下波阻抗定义岩石损伤变量的研究

岩土力学 2011年第5期32卷 1385-1393,1410页

作者：金解放李夕兵殷志强邹洋中南大学资源与安全工程学院长沙410083 江西理工大学建筑与测绘工程学院江西赣州341000

在动静组合加载试验系统上,对有轴向预应力的岩石进行循环冲击时无法测量其声波波速,以致于不能用声波波速值的变化研究此过程中岩石的损伤演变特性,为此提出了基于岩石波阻抗定义其损伤变量的方法。在理论上证明裂隙岩石的密度和纵波... 详细信息

在动静组合加载试验系统上,对有轴向预应力的岩石进行循环冲击时无法测量其声波波速,以致于不能用声波波速值的变化研究此过程中岩石的损伤演变特性,为此提出了基于岩石波阻抗定义其损伤变量的方法。在理论上证明裂隙岩石的密度和纵波波速间具有良好的正向相关性,在同一损伤过程中,岩石的波阻抗与其纵波波速的相对变化量接近,根据密度和纵波波速都能反映岩石损伤的现实,得出基于岩石波阻抗定义岩石损伤的方法是可行的结论,并给出其定义损伤变量的表达式。根据一维应力波理论,推导出由入射波和反射波或透射波求解波阻抗的表达式。对利用霍布金森压杆装置进行试验时应力波在岩石试件两界面间多次透反射的过程进行了分析,在此基础上,确定了由试验数据计算循环冲击过程中岩石波阻抗的方法。对岩石试件进行了无初始应力的循环冲击试验,测量了岩石在每次冲击后的纵波波速,得出了基于波阻抗和纵波波速定义的损伤变量具有相同的变化趋势的结论,并分析了二者之间有差别的原因。研究结果表明,在入射能大小接近的循环冲击过程中,利用波阻抗定义岩石损伤变量的方法是可行的。

关键词：岩石力学波阻抗损伤变量循环冲击动静组合加载

循环冲击下大理岩的损伤力学行为及能量耗散特性

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爆炸与冲击 2024年第4期44卷 47-59页

作者：王志亮汪大为汪书敏巫绪涛合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程... 详细信息

为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程曲线、应力-应变关系、冲击次数和能量耗散特性等方面对测试数据进行了系统分析。最后,基于能量演化定义损伤变量,探讨了能量耗散与岩样损伤发展之间的关联机制。结果表明:试样应变率时程曲线在低弹速下会出现变化率恒定的平台段,应力-应变曲线在峰后阶段均产生一定的回弹;随着循环次数的增加,试样峰值应力总体减小,而峰值应变、平均应变率和累积比能量吸收值则变化趋势相反,且在临近破坏或开裂前其变化速率呈现突增现象;峰值应力与平均应变率存在明显的线性关系,弹性模量随平均应变率的变化整体上符合指数衰减规律;试样的耗散比能与平均应变率之间呈线性正相关,基于能量耗散定义的损伤变量可以较好地表征该大理岩试样动载下的损伤破坏过程。

关键词：大理岩循环冲击动力学特性能量耗散损伤演化

循环冲击作用下冻融红砂岩动力学特性与损伤机理

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爆炸与冲击 2024年第8期44卷 131-146页

作者：张蓉蓉沈永辉马冬冬平琦杨毅安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽理工大学省部共建深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001

为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理,开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验,研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律;基于Lemaitre应变等效原... 详细信息

为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理,开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验,研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律;基于Lemaitre应变等效原理,提出了能够综合考虑循环冲击和冻融影响的累积损伤因子的计算方法,分析了冻融和循环冲击作用后红砂岩的微观结构特征。结果表明:循环冲击荷载下不同冻融次数处理后的红砂岩试样均呈拉伸破坏模式;红砂岩试样可承受的循环冲击次数与冻融次数呈负相关,冻融75次后试样在首次冲击后即达到破坏状态;循环冲击次数主要影响透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅以及反射波的振幅,而冻融循环次数对第一次冲击时透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅影响较大;红砂岩试样累积损伤因子与动态峰值应力呈现较好的负相关变化规律;冻融和循环冲击复合作用后红砂岩内部裂纹沿颗粒边界扩展且与孔洞连接形成较为复杂的网络。

关键词：循环冲击红砂岩冻融循环分离式Hopkinson压杆累积损伤因子

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循环冲击下预加静载岩石损伤破坏机制

煤炭学报 2024年第4期49卷 1860-1872页

作者：王汉鹏王伟张冰邱廷麟侯夫斌山东大学齐鲁交通学院山东济南250061 山东大学岩土工程研究中心山东济南250061

为研究深部地下工程高地应力静载与采掘爆破施工等循环扰动耦合作用下岩石的损伤破坏机制,利用自主研发的多应变率动静叠加岩石力学试验系统,开展了不同预加静载(0.45σ_(c)、0.65σ_(c)、0.85σ_(c))叠加循环冲击荷载以及相同预加静载... 详细信息

为研究深部地下工程高地应力静载与采掘爆破施工等循环扰动耦合作用下岩石的损伤破坏机制,利用自主研发的多应变率动静叠加岩石力学试验系统,开展了不同预加静载(0.45σ_(c)、0.65σ_(c)、0.85σ_(c))叠加循环冲击荷载以及相同预加静载叠加不同频率(0.5、1.0、2.0 Hz)循环冲击荷载的砂岩动静叠加试验。试验结果表明:动静叠加试验中岩石峰值强度小于静载试验,最大变形量大于静载试验,表明动静叠加荷载对岩石损伤具有显著促进作用,且不同动静荷载叠加下岩石强度、变形、破坏等演化规律具有一致性,其中峰值强度、破碎持续时间与预加静载呈线性负相关,与循环冲击频率呈对数正相关;最大应变、裂隙分形维数、碎块分形维数与预加静载呈线性正相关,与循环冲击频率呈对数负相关;不同动静叠加下岩石表面裂隙与碎块粒径分形维数演化趋势基本一致,且前者略大于后者,表明岩石表面及内部裂隙发育的同步性,相比岩石内部三维应力状态,表面更利用裂隙萌生与扩展;不同动静叠加条件下岩样破坏模式发生转变,随着预加静载的增大或冲击频率的减小,破坏模式经历“斜面剪切破坏—竖向拉伸破坏—整体爆裂破坏”的转变,且爆裂破坏位置由底部向整体扩展。为定量表征循环冲击下预加静载岩石损伤机制,结合理论分析与试验数据,建立了综合考虑静载损伤与不同峰值、频率、次数循环冲击损伤以及应变率强化效应的动静叠加损伤因子,进而开展了4组不同参数下的动静叠加试验,理论计算与试验结果对照误差率分别为0.5%、1.8%、0.6%、1.7%,误差均较小;但基于动静叠加损伤因子的理论计算强度均小于试验强度,初步分析这是由于高频循环冲击下损伤发育存在细观滞后性,循环冲击实际产生的累积损伤小于单次冲击损伤的循环次数倍,后期可开展细观测试,探索循环冲击下岩石细观损伤演化规律,进一步完善理论模型。

关键词：岩石力学损伤机制破坏模式循环冲击预加静载

循环冲击荷载下轴压对花岗岩动力学特性的影响

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哈尔滨工业大学学报 2021年第5期53卷 156-164页

作者：田诺成王志亮熊峰刘志义合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009 华北理工大学矿业工程学院河北唐山063009

为研究循环冲击荷载下轴压对花岗岩动态力学特性的影响,利用改进的动静组合式SHPB装置对5种轴压σA(0,30,60,90和120 MPa)下的花岗岩试样进行等幅循环冲击.结果表明:在相同的循环冲击荷载下,试样的总循环冲击次数随轴压的增加呈现先增... 详细信息

为研究循环冲击荷载下轴压对花岗岩动态力学特性的影响,利用改进的动静组合式SHPB装置对5种轴压σA(0,30,60,90和120 MPa)下的花岗岩试样进行等幅循环冲击.结果表明:在相同的循环冲击荷载下,试样的总循环冲击次数随轴压的增加呈现先增加后减小的趋势,在σA=60 MPa时达到最大.5种轴压下的试样都表现为典型Ⅱ型应力-应变曲线.σA=0,30,90和120 MPa下试样的平均应变率和峰值应变随着冲击次数的增加而增加,峰值应力和弹性模量趋势相反,σA=0和120 MPa试样的力学参数劣化速率较快;σA=60 MPa下试样的平均应变率和峰值应变随着冲击次数的增加呈现先减小后增加的趋势,峰值应力和弹性模量则相反,其动力学参数劣化速率较慢.结合静态压缩声发射能量计数可以发现,当轴压超过起裂应力时,轴压对循环冲击荷载下岩石动力学特性的影响由强化向劣化效应转变.

关键词：花岗岩循环冲击轴压动力学特性起裂应力

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循环冲击载荷作用下砂岩破坏模式及其机理

中南大学学报（自然科学版） 2012年第4期43卷 1453-1461页

作者：金解放李夕兵王观石殷志强中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 江西理工大学建筑与测绘工程学院江西赣州341000

利用岩石动静组合加载SHPB试验装置对不同静载砂岩试件进行循环冲击试验,研究其破坏模式。在研究岩石试件界面摩擦力的基础上,对不同静载作用下岩石试件的应力状态进行分析。研究应力波斜入射到微裂纹时的作用效应,探索具有一定静载的... 详细信息

利用岩石动静组合加载SHPB试验装置对不同静载砂岩试件进行循环冲击试验,研究其破坏模式。在研究岩石试件界面摩擦力的基础上,对不同静载作用下岩石试件的应力状态进行分析。研究应力波斜入射到微裂纹时的作用效应,探索具有一定静载的岩石在循环冲击作用下的破裂机理。研究结果表明:对具有三轴静载的试件,应力波在其最大剪应力所在平面进行斜入射时优先破坏。在循环冲击载荷作用下,具有轴向静载的岩石在破坏过程中具有明显的端部效应,而没有轴向静载的岩石则没有端部效应;静载荷的组合形式对岩石在循环冲击作用时的破坏模式影响较大;无静载荷作用时,岩石在循环冲击时逐步破坏成几块,破裂面平行于纵向面,属于张应变破坏;只有轴向静载作用时,岩石试件第1次破坏形成共轭双曲线型破裂面,进而在入射界面处发生破坏,破坏都属于张剪破坏;具有三轴静载作用时,由于轴向静载的不同,岩石最终破坏成圆锥台、圆锥体和V型锥体,破坏属于拉剪破坏。

关键词：循环冲击破坏模式破坏机理应力波微裂纹

循环冲击荷载作用下煤岩组合体力学响应和能量耗散特征研究

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振动与冲击 2024年第20期43卷 150-161页

作者：杨科郑诗章刘文杰许日杰张寨男刘帅池小楼安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 都灵理工大学环境、土地和基础设施工程学院都灵10129

为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明... 详细信息

为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明:循环冲击下煤岩组合体存在明显的临界效应,冲击速度低于临界速度时动态抗压强度在冲击前期迅速降低,峰值应变变化率随冲击速度增加而降低;循环冲击下试件总吸收能和分形维数逐渐增大,在临界速度时达到峰值,超过临界速度后两者皆降低;冲击速度超过临界速度后,总吸收能相同时循环冲击条件下煤岩体破坏程度高于单次冲击;当煤岩强度比为1∶2时,随着总吸收能的增加,岩体从积聚和传递能量作用转向于加剧组合体破坏;冲击作用下组合体呈张拉劈裂破坏,低速条件下宏观裂纹萌发主要发生在远离胶结面的煤体端面,随着冲击速度增大远离胶结面岩体一侧亦有裂纹出现,根据失稳发生区域组合体破坏类型分为煤体失稳型和组合体失稳型,循环冲击下均发生组合体失稳型破坏。研究结果为软弱岩层动压巷道与采场围岩稳定性控制提供基础研究。

关键词：循环冲击煤岩组合体动力学特性能量耗散分形维数裂纹扩展

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循环冲击下胶结充填体动载力学特性试验研究

采矿与安全工程学报 2019年第1期36卷 184-190,197页

作者：谭玉叶汪杰宋卫东徐琳慧曹帅北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

矿山开采过程中,充填体将频繁受到开挖和爆破等动载的循环扰动,使充填体损伤与破坏具有显著的累积特性。因此,研究充填体循环冲击下的动载力学行为及特征对维持矿山结构及采场稳定具有重要的指导意义。论文采用SHPB对6组30个胶结充填体... 详细信息

矿山开采过程中,充填体将频繁受到开挖和爆破等动载的循环扰动,使充填体损伤与破坏具有显著的累积特性。因此,研究充填体循环冲击下的动载力学行为及特征对维持矿山结构及采场稳定具有重要的指导意义。论文采用SHPB对6组30个胶结充填体试件进行了单轴单次冲击及多次循环冲击试验,探索了充填体在不致使发生较大宏观破坏的冲击速度下多次循环冲击的应力应变、动载强度及变形破坏特征。研究发现:多次循环冲击下,充填体试件的应力应变曲线在到达动态峰值应力前后分别出现了1～2个低应力波峰,且相较于单次冲击下低应力波峰更为明显;多次循环冲击更有利于充填体内部微裂隙及孔隙在到达峰值应力前进行充分的压实及闭合,并可提高充填体最终破坏时的动载强度及承载能力,试件发生破坏时的最终动载强度及承载能力为单次冲击条件下的2倍左右;多次循环冲击下充填体的最终破坏形式为压裂破坏,其破碎程度较相近动载强度下单次冲击时低。

关键词：循环冲击动载充填体(CTB) 力学特性 SHPB

循环冲击作用下岩石应力应变曲线及应力波特性

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爆炸与冲击 2013年第6期33卷 613-619页

作者：金解放李夕兵常军然陶伟邱灿江西理工大学建筑与测绘工程学院江西赣州341000 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 江西理工大学应用科学学院江西赣州341000

利用研制的岩石动静组合加载实验装置进行循环冲击实验,研究了在循环冲击过程中岩石典型的动态应力应变曲线及反射波和透射波的变化规律。结果表明:岩石在循环冲击过程中的动态应力应变曲线可分为压密阶段、弹性阶段、内部裂纹扩展的加... 详细信息

利用研制的岩石动静组合加载实验装置进行循环冲击实验,研究了在循环冲击过程中岩石典型的动态应力应变曲线及反射波和透射波的变化规律。结果表明:岩石在循环冲击过程中的动态应力应变曲线可分为压密阶段、弹性阶段、内部裂纹扩展的加载阶段、第1卸载阶段和第2卸载阶段等5个阶段。在相同入射波循环作用下,随着循环次数的增加,岩石的反射波峰值越来越大,反射波峰值出现的时间越来越迟,透射波峰值越来越小,透射波峰值出现的时间越来越早,表明在循环冲击过程中岩石内部损伤逐渐累积,从而导致抵抗外部冲击载荷的能力逐渐降低。

关键词：固体力学动态应力应变曲线循环冲击岩石应力波特征损伤累积强度劣化