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砂岩、花岗岩阻尼特性及机制的试验研究

苏鹏  
【摘要】:岩石阻尼参数是岩体工程抗震设计的重要参数,是工程进行抗震分析、安全评价的重要依据,但目前的岩石试验规程中尚无确定岩石阻尼参数相关内容。本文对砂岩、花岗岩进行循环荷载试验、外部激振试验,研究阻尼参数和动弹性模量随频率、应变幅值、应力水平变化规律,为岩石动力试验规程制定做一些基础性的研究工作。主要研究成果如下:(1)从能量守恒角度出发,基于粘弹性理论,提出了压-压循环荷载作用下岩石阻尼比的计算公式。(2)高频范围内,阻尼比随频率增加而减小,低频范围内,阻尼比随频率增大而增大。推测阻尼比随频率变化存在阈值,当频率小于阈值,阻尼比随频率增大而增大,当频率大于阈值,阻尼比随频率增大而减小。阻尼系数与阻尼比变化规律相反。利用物理模型确定了砂岩、花岗岩阻尼比随频率变化的阈值分别为2.23Hz、4.08Hz。(3)在高频条件下,阻尼比与阻尼系数随应变幅值增加而增加,阻尼比随应变幅值变化可分为三阶段:前期增长阶段、稳定阶段、后期增长阶段,阻尼系数阶段性不明显。低频时,阻尼比与阻尼系数随应变幅值增大而增大。(4)阻尼比随应力水平增加而减小,阻尼系数随应力水平增加而增大。应力水平提升使砂岩胶结物质软石膏被压密,花岗岩微裂隙被压实,减少了耗能源,粘性机制启动难度加大,表现为阻尼比下降,阻尼系数增大。(5)动弹性模量随频率与应力水平增加而增加,随应变幅值增加而减小。(6)砂岩、花岗岩阻尼参数与动弹性模量随频率、应变幅值及应力水平变化规律一致。但砂岩阻尼比对应力水平敏感,花岗岩阻尼参数及动弹性模量对应变幅值敏感,反映出碎屑岩类与结晶岩类成因及结构不同对阻尼参数与动弹性模量的影响。


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