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岩石动静组合加载巴西盘劈裂试验研究

邹洋  
【摘要】:本文针对深部岩石力学实验与理论研究严重不足这一现状,结合深部岩石动静组合受载这一特殊应力状态,以动静组合SHPB试验装置为平台开展巴西劈裂试验。为建立完善的岩石组合加载巴西劈裂试验体系,获得岩石在深部特殊应力条件下的抗拉强度规律,并最终服务于深部工程的灾害预测、事故防治和设计施工,本文主要围绕以下三个方面展开工作: (1)试验装置的规范。为避开传统矩形加载波波形振荡、上升沿时间过短等影响动态巴西圆盘试验有效性(试验中得到证实)的固有缺陷。本次试验采用异型冲头SHPB试验装置,实现半正弦波加载。为保证试验精度,在对该装置特有的应力波传播特点进行理论研究的基础上,提出了试验前规范性的校正步骤,并应用于本次试验。 (2)试验有效性的验证。从巴西劈裂试验基本原理出发,分析了决定动静组合加载下(包含纯动态)试验有效性的三个关键问题,即:试样两端的应力平衡;破坏前试样内部的应力分布形式;试样的破坏模式。借用各种理论及试验手段对以上三个问题逐一展开研究,试验有效性得到充分验证。 (3)动静组合加载下岩石的抗拉特性的研究。提出了岩石动静组合加载巴西劈裂实验中抗拉强度的确定方法;在观察和分析试样动态响应和破裂过程的基础上,揭示动静组合加载下岩石的破裂机理和应变率效应;获得了被测花岗岩抗拉强度随不同组合加载形式的变化规律,其结论可作为当前对深部岩石力学特性认识的补充。 本文的创新之处在于:(1)首次就岩石在动静组合加载这一特殊应力状态下的张拉破坏进行研究,探讨多重应力场下岩石的失效机理与破坏过程。由于这一应力状态更加切合深部岩石的受力特征,研究结果将更好地为深部工程服务;(2)提出基于巴西盘试验的岩石动静组合加载抗拉强度确定方法,获得相应的强度规律,为深部岩石分区破裂、片帮、岩爆等张拉破坏的机理解释、预测、判别、防治等提供量化指标,为深部工程设计和施工提供理论依据。


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