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《中南大学》 2005年
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动静组合加载下的岩石破坏特性研究

左宇军  
【摘要】:近几十年来岩石力学界的学者们在研究岩石静态加载和动态加载方面取得了丰硕的成果,对岩石力学理论与实践起了巨大的推动作用。然而,应当看到以往的这些研究基本限于岩石完全承受静载荷或完全承受动载荷(含冲击载荷及扰动载荷,下同)作用的情况,以致静应力与动载荷联合作用下岩石变形及破坏特性的研究显得相对不足。事实上,在实践及自然界中,特别是在深部岩石工程中,岩石在承受动载荷作用之前,已经处于高静应力或地应力状态之中。所以,对静应力与动载荷联合作用下的岩石变形及破坏特性展开研究具有重要意义。针对上述问题,本文作者在国家自然科学基金重大项目资助下,以动静组合加载下岩石破坏特性的研究为课题,就一维和二维动静组合加载理论与实验进行了深入系统的研究。 论文作者首先采用低周疲劳加载方法,对红砂岩在由INSTRON电液伺服材料试验机和特制的水平静压加载装置组成的试验机上进行了一维和二维动静组合加载试验,研究了组合加载条件下红砂岩在不同水平静压和不同竖向静压下受不同频率和不同幅值动力扰动作用时的力学响应和破坏特征,为深部岩爆和矿柱等稳定性分析提供了理论与实验依据。 在机理研究方面,分析了一维静加载岩石在动载作用下的损伤破坏机理,并根据等效应变假设,建立了受一维静加载岩石在动载作用下的弹塑性损伤本构模型,并在此基础上,分析了岩石在不同静载下的损伤应变能释放率变化规律;将突变理论引入受一维静载岩石系统的稳定性分析之中,建立了受一维静载岩石系统在动力扰动下的非线性动力学模型;根据静力预加载结构的冲击屈曲突变理论,建立了静载岩石系统的冲击破坏模型,并对一维静加载岩石系统冲击破坏的突变模型进行了具体分析,发现可能发生突变系统的分叉集不仅是由力学系统本身的性质决定的,还与外部载荷作用有关。 在本构理论方面,采用组合模型研究方法,将统计损伤模型和粘弹性模型相结合,建立了一维和多维受静载荷作用的岩石在动载作用下的本构模型—动静组合加载本构模型。 在强度理论方面,用应变能密度定义了岩石在动静组合载荷作用下的破坏准则,在动静组合加载本构模型的基础上,提出了用机械模型来反映动静组合加载下岩石单元体弹性的劣化和非弹性变形的产
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