【摘 要】
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在深部岩石工程中,岩石常处于“三高一扰动”,即所谓高地应力、高渗透压、高温和强烈开采扰动的状态。深地环境下岩石所处复杂的地质环境,使得深部岩石常表现出与浅部岩石不同的力学特征。同时,岩石工程的失稳与破坏往往以拉伸及剪切破坏为主。因此,本文以房山大理岩为研究对象,进行系列静水压下动态拉伸实验,结合理论分析和数值模拟等方法,对高应变率下热损伤房山大理岩的抗拉性能及破裂机理进行了系统研究。主要研究内容及
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51704211）:静水压下损伤岩石动态压缩破坏实验及机理研究；
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在深部岩石工程中,岩石常处于“三高一扰动”,即所谓高地应力、高渗透压、高温和强烈开采扰动的状态。深地环境下岩石所处复杂的地质环境,使得深部岩石常表现出与浅部岩石不同的力学特征。同时,岩石工程的失稳与破坏往往以拉伸及剪切破坏为主。因此,本文以房山大理岩为研究对象,进行系列静水压下动态拉伸实验,结合理论分析和数值模拟等方法,对高应变率下热损伤房山大理岩的抗拉性能及破裂机理进行了系统研究。主要研究内容及成果如下:（1）对不同温度损伤后大理岩的密度、波速等物理性质以及内部细观结构进行测试。结果表明:随着热损伤温度的升高,岩石的密度和纵波波速均有不同程度的降低。当损伤温度在700℃以下（含700℃）时,试样CT值变化不明显,超过700℃,岩石CT值则明显降低。同时,随着热损伤温度升高,岩石矿物成分由Ca Mg（CO3）2向Ca CO3和Mg O转变,岩石内部氧化镁等低密物质明显增加。此外,借助于扫描电子显微镜（SEM）系统,分析给出了试样断口细观形貌特征、损伤破断模式、裂纹形成与扩展机制等随温度荷载的变化。（2）介绍了可模拟不同静水压的SHPB实验系统和巴西圆盘实验原理,分析了SHPB实验设计方案,讨论了巴西圆盘试样的过载效应及在静水压条件下的双峰效应及应力平衡问题,并运用了一维应力波理论分析了应力波在SHPB实验中的传播,推导了考虑静水压的动态拉伸强度三波法数据处理公式。（3）系统开展了各种温度损伤后大理岩在不同静水压及高应变率动态荷载下试验。结果表明,静水压条件下试样拉伸应力历史曲线呈现为双峰特征,这主要是由于围压下试样遭受拉伸破坏后继续承载造成的;在固定围压环境下,各温度梯度下热损伤大理岩的动态拉伸强度均具有明显的率相关性;同时动态拉伸强度随着温度的升高而明显降低;在固定温度下,围压的存在明显提高了房山大理岩动态拉伸强度,但增幅随着围压的增加而减弱。此外,当试样的热处理温度超过450℃后,动态拉伸强度的围压效应小于常温和250℃热处理情况。这可能与高温处理后的岩石在高围压状态下发生了脆性向延性转变有关。（4）借助离散元数值模拟工具,对不同静水围压条件下常温大理岩的动态劈裂破坏过程和实验中出现的过载效应进行了模拟。研究和讨论了不同静水围压条件下岩石模型的损伤累积、裂纹萌生与贯通以及强度、破碎特征,上述模拟可以较好地解释常温大理岩在不同静水围压条件下的动力学行为。
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