本文選題：相似模型試驗　切入點：膠結(jié)砂　出處：《安徽理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：由于地質(zhì)力學模型試驗具有形象、直觀、真實等特點,被廣泛應(yīng)用于水電、交通、能源和礦山工程等領(lǐng)域的地下工程,尤其是近年來更是發(fā)揮了其越來越重要的作用。地質(zhì)力學模型試驗同常規(guī)模型試驗主要不同的地方,從本構(gòu)關(guān)系來說,首先是考慮了彈塑性特性,其次是盡可能利用模型本身的容重去模擬原型的自重。歸根結(jié)底,它們的主要差別在于模型材料的不同,所以,地質(zhì)力學模型試驗?zāi)芊癯晒?關(guān)鍵在于模型材料的選擇,以及模型材料的力學性質(zhì)等。查詢現(xiàn)有文獻發(fā)現(xiàn),目前眾多學者對物理模型試驗相似材料的研究主要集中在其靜態(tài)力學特性方面,而對其動態(tài)特性的研究甚少,尤其是相似材料在三軸沖擊荷載下的動態(tài)力學特性研究更是少之又少。本文以物理相似模型試驗中常用作模擬砂巖的膠結(jié)砂相似材料為研究對象,因其屬于顆粒膠結(jié)型材料,且具有低強度、低變形模量的特征,加之材料能快速干燥材料、成本低廉、加工方便、性能穩(wěn)定、制備靈活、無毒無害等優(yōu)點,故被廣泛采用。選擇石英砂、石膏粉、水泥以及水等作為原料制作標準試件,并測試其基本物理力學參數(shù);按照砂:水泥:石膏:水=1:0.095:0.05:0.10的配比制作成長徑比為0.5的圓盤試件,借助于SHPB試驗裝置進行動態(tài)壓縮試驗和動態(tài)劈裂試驗。主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)研制膠結(jié)砂相似材料,并測定其容重、縱波波速、單軸抗壓強度和抗拉強度等基本物理力學參數(shù)。經(jīng)由相似系數(shù)和原巖強度來計算物理模型試驗所需相似材料的強度,從而可以確定本模型試驗相似材料的配合比為1:0.095:0.05:0.10(砂:水泥:石膏:水)。(2)分析了分離式SHPB實驗裝置的基本原理、桿中的應(yīng)變測試以及實驗數(shù)據(jù)處理方法等,并討論了試樣的設(shè)計原則,最終得出試樣以長徑比為0.5為最適宜。較為詳細的介紹了安徽理工大學沖擊實驗室SHPB試驗裝置系統(tǒng),同時給出詳細的操作步驟和試驗過程注意事項。(3)借助分離式霍普金森壓桿(SHPB)實驗裝置,對膠結(jié)砂相似材料試件進行不同沖擊荷載(不同應(yīng)變率)條件下的常規(guī)沖擊壓縮實驗。利用簡化三波法進行分析處理,得到膠結(jié)砂相似材料的動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和相關(guān)的動力學參數(shù)。實驗結(jié)果分析表明:膠結(jié)砂相似材料在沖擊載荷作用下屬于延性破壞類型,其變形過程可概括為初始非線性階段、屈服階段、塑性變形階段和卸載破壞階段四個階段;單軸沖擊荷載下的膠結(jié)砂動態(tài)抗壓強度、峰值應(yīng)變等與應(yīng)變率顯示很強的相關(guān)性。(4)利用鋼制套筒(被動圍壓裝置)和主動圍壓裝置作為圍壓加載裝置,借助分離式霍普金森壓桿(SHPB)實驗裝置,對膠結(jié)砂相似材料進行三軸沖擊壓縮實驗,并根據(jù)試驗結(jié)果獲取圍壓狀態(tài)下膠結(jié)砂相似材料的動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和相關(guān)的動力學參數(shù)。試驗結(jié)果表明:具有圍壓應(yīng)力值的膠結(jié)砂相似材料,在沖擊荷載作用下其動態(tài)抗壓強度相比于單軸沖擊提高1.5-3倍;圍壓狀態(tài)下膠結(jié)砂相似材料的動態(tài)抗壓強度、峰值應(yīng)變?nèi)跃呙黠@的應(yīng)變率相關(guān)性特征;圍壓狀態(tài)下的破壞模式也由單軸沖擊時的壓-剪破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槔炱茐?主動圍壓的作用還使得膠結(jié)砂相似材料的性質(zhì)發(fā)生改變,由延性向脆-延轉(zhuǎn)化。(5)借助SHPB試驗裝置對膠結(jié)砂試件沿徑向進行加載測試膠結(jié)砂相似材料的動態(tài)拉伸強度。試驗設(shè)計五種不同沖擊氣壓,獲得了不同應(yīng)變率下膠結(jié)砂試件的動態(tài)拉伸應(yīng)力和應(yīng)變率。試驗結(jié)果分析表明:動態(tài)荷載下的膠結(jié)砂拉伸應(yīng)力比靜態(tài)時提高幅度較大,且抗拉強度的增大隨著應(yīng)變率的增大而增大,即高應(yīng)變率下膠結(jié)砂試件抗拉強度具有應(yīng)變率效應(yīng)。綜上所得,相似物理模型試驗中對相似材料進行三向應(yīng)力加載,會間接增強材料的抗壓強度和抗拉強度,尤其是對模型材料進行爆破時,受爆破動荷載的影響,材料的動態(tài)抗壓強度及抗拉強度會成倍增長,且爆破破壞模型有別于無應(yīng)力加載的情形。研究成果可進一步為深部巖體爆破相似模型試驗的參數(shù)設(shè)計提供現(xiàn)實參考,為更好的分析爆破模型試驗所得規(guī)律提供理論依據(jù)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU528.044

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本文編號：1631243