【摘要】：巖石是由各種不同的地質(zhì)作用所形成的天然礦物的集合體,目前涉及高溫下巖石力學特性的工程案例越來越多,如地熱資源開發(fā)與利用、深部礦產(chǎn)的勘探與開采、核廢物的深埋處理以及二氧化碳的地下封存等,這些工程建設都需要對高溫下巖石動力學特性有深入的了解。本文采用室內(nèi)試驗、理論研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法開展工作,具體內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:首先,基于改進的分離式霍普金森壓桿(SHPB)對花崗巖進行了不同實時溫度下的沖擊壓縮試驗,發(fā)現(xiàn)溫度在20~500℃下,花崗巖全應力-應變曲線的彈性、塑性與應變軟化三個階段特征明顯,700℃時的應力-應變曲線出現(xiàn)塑性屈服平臺;應變率增加使巖石單位體積的能量吸收能力有所提高,且?guī)r石的峰值強度和峰值應變會增大。應變率對巖石彈性模量的影響規(guī)律不甚明顯;500℃及以下,隨應變率增加試樣破壞形式從劈裂過渡到碎裂,700℃時試樣破壞呈粉末狀。接著,考慮巖石損傷的應變率效應,基于Weibull分布建立了實時溫度下巖石統(tǒng)計損傷本構(gòu)模型。結(jié)果表明所提出的統(tǒng)計損傷本構(gòu)模型能準確地描述加熱溫度和應變率對巖石應力-應變行為的影響;四個本構(gòu)參數(shù)(m,D_I,ε_0,η)均具有明確的物理意義,且確定方法簡單;該模型可較好地反映巖石破壞全過程中的應力-應變行為,且預測的結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)非常吻合。最后,利用ANSYS/LS-DYNA軟件與Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型對不同溫度(20℃、100℃和200℃)下巖樣SHPB試驗進行了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示低加載率時試樣周邊易萌生裂紋,高加載率下試樣內(nèi)部裂紋在加載初期也可被激活;HJC模型能較好地表征不同溫度下的巖石破壞過程,所提出的參數(shù)確定方法具有可行性與準確性;數(shù)值模擬能較好反映出巖石在沖擊荷載作用下力學特性,展現(xiàn)出其動態(tài)壓縮破壞過程。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU45
【圖文】：

物理力學特性見表 2.1，可知本文所研究花崗巖物成分為微斜長石（41 %）、斜長石（27 %）、）等。已有大量研究證明試樣的尺寸對 SHPB 試7]，考慮到中南大學 SHPB 裝置的應用范圍和加載的要求，將巖石試樣加工成圓柱體（直徑 50 mm為了保證加載過程中試樣內(nèi)部應力均勻，試樣的于 0.02 mm。加工后的花崗巖試樣基本尺寸和精出的標準[58]。表 2.1 花崗巖基本物理力學特性e 2.1 Basic physical and mechanical properties of grani吸水率 粒徑范圍 靜態(tài)單軸抗0.57 % 0.7～4 mm 138 M

圖 2.2 SX-4-10 型加熱箱Fig 2.2 SX-4-10-type heating box表 2.2 壓桿長度Table 2.2 Length of pressure bar入射桿 透射桿 2.4 m 1.2 m 載過程中試樣溫度實時，需要在入射裝置，即管式高溫爐，如圖 2.4 所示腔內(nèi)壁使用了碳纖維材料。在管式溫爐的位置，保證壓桿（入射桿、透了減少壓桿（入射桿、透射桿）進出可以調(diào)節(jié)高度的保溫倉門。

圖2.3分離式霍普金森壓桿Fig2.3SplitHopkinsonpressurebar

【參考文獻】

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本文編號：2799641