【摘 要】
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天然岩体十分复杂,岩体内部含有大量微小裂隙和节理,这种微裂隙、节理等结构面对岩体的物理力学性能产生很大的影响,岩体的强度会因为这些结构面的存在而受到影响。天然岩体中存在的结构面不仅会影响其力学特性,也会导致岩石的纵波波速发生较大变化。在静动态荷载作用下,对节理岩石的强度特征、破坏模式和能量特性的研究一直是岩土工程学界的热点。为探究节理岩体物理力学性能,以节理充填材料和充填厚度为基本变量,进行纵波波
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天然岩体十分复杂,岩体内部含有大量微小裂隙和节理,这种微裂隙、节理等结构面对岩体的物理力学性能产生很大的影响,岩体的强度会因为这些结构面的存在而受到影响。天然岩体中存在的结构面不仅会影响其力学特性,也会导致岩石的纵波波速发生较大变化。在静动态荷载作用下,对节理岩石的强度特征、破坏模式和能量特性的研究一直是岩土工程学界的热点。为探究节理岩体物理力学性能,以节理充填材料和充填厚度为基本变量,进行纵波波速的测定、静态单轴压缩试验和动态单轴压缩试验并进行理论分析。采用了水泥浆、水泥砂浆和石膏三种材料作为充填材料,以5mm、10mm和15mm三种厚度作为充填厚度,分别制作了两种形式的节理试件,使用环氧树脂把节理部分与岩石粘结到一起,进行纵波波速测定以及静动态单轴压缩试验,分析在0.3MPa、0.5 MPa和0.7MPa冲击气压下节理试件能量变化规律。主要研究内容及结论如下:(1)使用超声波检测仪,测定两种形式节理试件的纵波波速特性参数。得出:不同的充填材料和充填厚度对节理砂岩试件的纵波波速的变化有显著的影响。充填水泥砂浆节理砂岩试件的波速降低最小,充填石膏节理砂岩试件的波速降低最大。节理砂岩的波速与节理的厚度呈负相关的关系,随着砂岩节理厚度的增加,砂岩的波速逐渐降低。(2)静态单轴压缩试验表明:随着试件中充填节理材料强度的降低和充填厚度的增加,试件的抗压强度逐渐降低。节理试件应力应变曲线上分为初始压密阶段、线弹性阶段、塑性变形破坏阶段和峰后破裂阶段。不同节理材料砂岩试件的破坏以张拉破坏为主,不同节理厚度的砂岩试件的破坏以拉剪破坏为主。(3)通过SHPB冲击压缩试验,得出随着充填材料强度的提高,节理试件动弹性模量逐渐变大,动态的抗压强度呈线性衰减;随着充填厚度的增加,节理试件的初始动态弹性模量都比完整试件的小,动态抗压强度强度呈指数形式下降。完整试件的冲击破坏形式主要是拉伸劈裂破坏,含节理的试件主要是压剪破坏和张拉破坏的复合型破坏形式。(4)分析了节理试件的能量耗散规律。在入射能相同的情况下,反射能量比随着充填材料强度的降低逐渐上升,透射能量比和能量耗散比则逐渐下降;随着节理厚度增大,反射能量比和耗散能量比呈上升的趋势,透射能量比则逐渐降低。在不同冲击气压下对充填水泥砂浆试件进行单轴冲击压缩试验,入射能量随冲击气压的增大而增大,试件吸收能量和破碎耗能密度随入射能量的增加而增加,呈线性正比关系;破碎耗能密度与试件平均应变率呈线性关系,而试件动态抗压强度与破碎耗能密度之间也呈线性关系,且拟合程度较好。图37 表16 参77
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