循环冲击作用下岩石应力应变曲线及应力波特性 stress-strain curve and stress wave characteristics of rock subjected to cyclic impact loadings.pdfVIP

第33卷第6期 爆炸与冲击 V01．33，NO．6 ANDSHOCKWAVES NOV．，2013 2013年11月 EXPLOSl0N 文章编号：1001—1455(2013)06—0613-07 循环冲击作用下岩石应力应变曲线及应力波特性+ 金解放1，李夕兵2，常军然3，陶伟1，邱 灿1 (1．江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州341000 2．中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083； 3．江西理工大学应用科学学院，江西赣州341000) 摘要：利用研制的岩石动静组合加载实验装置进行循环冲击实验，研究了在循环冲击过程中岩石典型的 动态应力应变曲线及反射波和透射波的变化规律。结果表明：岩石在循环冲击过程中的动态应力应变曲线可 分为压密阶段、弹性阶段、内部裂纹扩展的加载阶段、第1卸载阶段和第2卸载阶段等5个阶段。在相同人射 波循环作用下，随着循环次数的增加，岩石的反射波峰值越来越大，反射波峰值出现的时间越来越迟，透射波 峰值越来越小，透射波峰值出现的时间越来越早，表明在循环冲击过程中岩石内部损伤逐渐累积，从而导致抵 抗外部冲击载荷的能力逐渐降低。 关键词：固体力学；动态应力应变曲线；循环冲击；岩石；应力波特征；损伤累积；强度劣化 中图分类号：0347．3 国标学科代码：13015 文献标志码：A 目前，传统的钻爆法仍是隧道和矿山工程开挖 的主要手段[1。2]。由于生产和工艺的需要，大型地下 硐室开挖和矿山开采大都需要多次爆破，例如大断 面隧洞施工过程的推进式往复爆破施工口]、小净距 并行隧道的爆破开挖。41和核电站基岩小药量的多次 菡毯 爆破开挖[|]。工程岩体遭受爆破、机械钻凿等循环 动载作用时，已经承受了自重应力和构造应力等静 ▲享 载荷，如图1所示的点A和点B处的围岩，图中F。 ▲毫T ▲车 L 表示静载荷，Fd表示冲击动载荷。基于上述认识， 图1多次爆破开挖时围岩体受力示意图 工程岩体在爆破开挖过程中，承受载荷的形式为具 Forcesketchof rockmass Fig．1 surrounding under excavation 有一定静应力下的循环冲击。研究具有一定预应力 repeatedblasting 岩石在循环冲击载荷作用下的力学特性对岩体工程 安全、高效施工和运营具有重要意义。 岩石在静态或准静态循环载荷作用下的力学特性已取得丰硕的研究成果[6一，而岩石在循环冲击载 荷作用下的力学特性研究相对较少。X．B．I．i等[91利用杆径为75mm的霍普金森压杆(splitHopkin— son pressurebar，SHPB)研究无轴压无围压的花岗岩在多次冲击过程中的力学性能，结果表明，当冲击 载荷的峰值应力小于岩石静态单轴强度的60％～70％时，循环冲击基本不能增加岩石内部的损伤；只 有当循环冲击载荷强度达到静态强度的80％～90％时，每次冲击引起的损伤才较大，这相当于静态循 1 环载荷时的门槛值问题。金解放等[10 2_]分别对岩石在静载荷和循环冲击组合作用下损伤变量的定义、 动态强度劣化和疲劳变形以及破坏模式和机理进行了探索研究，结果表明，可用岩石波阻抗的变化定义 其损伤变量；当侧向围压为零时，轴向静载荷大小对岩石抵抗外部冲击载荷的能