软硬介质组合岩体冲击动力学特性研究

摘要：

为探究破岩和支护工程中较为常见的软硬介质组合岩体的冲击动力学特性,采用普氏系数差别较大的花岗岩和砂岩拼接成软硬介质和单介质组合岩体,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验系统,分别对组合岩体进行冲击压缩试验,对比分析应力波入软硬介质和单介质组合岩体的波动特性、峰值强度以及利用高速相机记录组合岩体裂纹扩展形态.通过离散格子弹簧法(discrete lattice spring method,DLSM)数值模拟进行全方位的反演分析,研究软硬介质组合岩体胶结面两侧岩石的应力时程曲线变化规律,并利用"软硬组合系数"表征软硬介质组合岩体损伤演化规律.研究结果表明,组合岩体的波动特性具有明显的波阻抗效应,组合体和入射杆波阻抗匹配效果越好,反射波幅值越小,透射波幅值越大.相同冲击速度下,软硬介质组合岩体的峰值强度与单介质软岩组合体的峰值强度较为接近;软硬介质组合岩体和单介质组合岩体破坏程度和破坏形式明显不同:软硬介质组合岩体裂纹首先出现在远离胶结面的砂岩端部,而单介质组合岩体裂纹首先出现在胶结面处.单介质组合岩体以剪切破坏为主,局部张拉破坏为辅,破坏较为彻底.软硬介质组合岩体中较软的砂岩发生剪切破坏,而较硬的花岗岩没有明显破坏.软硬介质组合岩体胶结面两侧岩石应力随着时间变化呈现上升-下降-上升-下降的反复现象.而单介质组合岩体胶结面两侧岩石在到达应力峰值后,随即应力开始下降,未出现应力反复现象.软硬介质组合岩体的损伤度D与软硬组合系数γ呈二次函数关系:D=-0.21γ2+0.69γ+0.06.

关键词：组合岩体、分离式霍普金森压杆(SHPB)、离散格子弹簧法(DLSM)、裂纹扩展

所属期刊栏目：42

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家重点研发计划;中国矿业大学北京越崎青年学者资助项目;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-07-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：135-144