【摘要】：應力波在巖石節(jié)理中傳播是一個復雜的過程,當節(jié)理充填物到達一定厚度且不可忽略時,不僅會發(fā)生應力波衰減,還會在節(jié)理的兩個界面發(fā)生透反射現(xiàn)象,改變巖石的力學穩(wěn)定。為探究斜入射應力波在充填節(jié)理中的傳播規(guī)律及充填節(jié)理巖石的波動特性,本文從實驗、數(shù)值模擬以及理論推導等三方面開展研究。論文主要的研究工作包括:實驗部分通過分離式霍普金森壓桿(SHPB)實驗開展,運用三種不同速度對試件進行沖擊實驗,著重探討了節(jié)理厚度、節(jié)理傾角、充填材料以及沖擊速度對充填節(jié)理波動特性的影響,并研究了動力沖擊下的能量耗散特征。數(shù)值模擬方面采用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件對SHPB沖擊壓縮過程進行模擬,探討接觸剛度罰函數(shù)因子K以及撞擊桿撞擊速度等兩個影響因素對數(shù)值模擬結(jié)果的影響,并和實驗實測數(shù)據(jù)進行對比分析,得到較好的一致性。理論部分則推導了應力波在不同充填節(jié)理中多次透反射后的應力表達式,驗證了實驗和數(shù)值模擬結(jié)果的正確性,并深入分析了應力波在充填節(jié)理中多次的透反射現(xiàn)象。分析結(jié)果表明:充填節(jié)理的存在使得透射波信號有減弱現(xiàn)象,且節(jié)理厚度越長,材料的各向異性導致波形的彌散效應越明顯,透射波信號衰減程度也越高;充填材料的應力強度降低時,透射波幅值降低越大,對應力波在節(jié)理中傳播的削弱作用越明顯。入射波在節(jié)理寬度為4mm的試件中傳播時,其透射能力明顯好于10mm的試件,且隨著節(jié)理傾角的增大,兩種節(jié)理寬度試件的透射系數(shù)差值逐漸減小。在較大沖擊速度下,節(jié)理傾角越大,試件的峰值強度越低,試件的變形越小,峰值荷載的離散性也越小。面面接觸類型比較適用于帶破壞準則的HJC材料模型,罰函數(shù)因子等于0.5時的數(shù)值模擬結(jié)果誤差值最低。當周邊巖石的力學性質(zhì)與充填節(jié)理材料的力學性質(zhì)相似時,斜入射應力波能很大程度地穿過節(jié)理,此時應力波的反射次數(shù)對反射能量系數(shù)的響應幾乎為0;當巖石和充填節(jié)理材料力學性質(zhì)差值較多時,反射次數(shù)的多少就有著明顯的影響效果。
【學位授予單位】：華僑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU45
【圖文】：

天然節(jié)理巖石示意圖

巖石節(jié)理的雙曲BB模型和線彈性模型示意圖

主要技術(shù)路線圖

【參考文獻】

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本文編號：2786192