本文關(guān)鍵詞：節(jié)理粗糙度對巖體抗壓動態(tài)力學特性影響的實驗研究　出處：《北京科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：巖體作為一種典型的非連續(xù)體,節(jié)理的存在對整個巖體的動態(tài)力學特性起決定性作用,而粗糙度是影響節(jié)理力學性質(zhì)的關(guān)鍵因素。針對節(jié)理的不平整度,本論文按照節(jié)理接觸面積(節(jié)理吻合系數(shù)的形式表示)、節(jié)理厚度和節(jié)理的分布情況對節(jié)理的粗糙度進行定量描述。鑒于此,采用改進型霍普金森壓桿實驗設(shè)備,研究一維應(yīng)力波在節(jié)理巖體中的傳播情況,并結(jié)合具有粗糙度的節(jié)理巖體動力學模型,本論文系統(tǒng)地揭示了節(jié)理粗糙度對應(yīng)力波傳播的透反射效應(yīng)和節(jié)理巖體抗壓動態(tài)力學特性的影響機制。取得的主要成果包括：(1)以特征線法和位移不連續(xù)理論為基礎(chǔ),建立具有粗糙度的節(jié)理巖體動力學模型。該模型視節(jié)理吻合系數(shù)為一個主要影響參數(shù),在模型中輸入入射波,可計算得到反射波和透射波,即應(yīng)力波在節(jié)理巖體中的傳播情況。最后計算得到節(jié)理巖體的應(yīng)力、應(yīng)變、法向閉合量等反應(yīng)其抗壓動態(tài)力學性質(zhì)的參數(shù)。(2)采用自主研發(fā)的改進型霍普金森花崗巖壓桿(SHGPB)實驗設(shè)備,開展節(jié)理粗糙度對應(yīng)力波傳播規(guī)律影響的實驗研究,并與具有粗糙度的節(jié)理巖體動力學模型的計算結(jié)果進行對比。試樣和桿件均采用高品質(zhì)花崗巖。試樣一個端面上切割的人工節(jié)理具有一定的節(jié)理吻合系數(shù)和節(jié)理厚度。采用改進型兩點式波分離方法分離應(yīng)變片采集到的實驗數(shù)據(jù),計算可得到節(jié)理兩端面上的入射波、反射波和透射波,以及節(jié)理巖體的各個動態(tài)力學參數(shù),如壓力-閉合量關(guān)系、比剛度和等效彈模等。于是得到節(jié)理吻合系數(shù)和節(jié)理厚度對應(yīng)力波在節(jié)理巖體中傳播的透反射效應(yīng)及巖體抗壓動態(tài)力學特性的影響規(guī)律。通過實驗結(jié)果與動力學模型計算結(jié)果的對比,發(fā)現(xiàn)所獲得的關(guān)于節(jié)理粗糙度的影響規(guī)律相同,但在節(jié)理吻合系數(shù)較大時,兩者結(jié)果更為相近。(3)由于計算分析中,將巖體視為彈性介質(zhì),故采用較為均勻穩(wěn)定的鋁合金材料進行模擬實驗。通過自主研發(fā)的改進型霍普金森鋁合金壓桿(SHAPB)設(shè)備開展實驗,研究節(jié)理粗糙度的三個量化指標：節(jié)理吻合系數(shù)、節(jié)理厚度和節(jié)理分布(從離散到聚合、中間到邊緣),分別對應(yīng)力波在節(jié)理巖體中傳播規(guī)律的影響,進而得到節(jié)理粗糙度對巖體抗壓動態(tài)力學特性的影響。試樣和桿件采用同材質(zhì)鋁合金。在試樣與透射桿接觸的端面上切割人工節(jié)理,使其具有不同的粗糙度。實驗數(shù)據(jù)分析計算方法基本同SHGPB實驗。通過對比各實驗所得的透射系數(shù)、動態(tài)壓力-閉合量曲線、比剛度、等效彈模等,得到節(jié)理粗糙度的三個量化指標對應(yīng)力波傳播的透反射效應(yīng)及節(jié)理巖體抗壓動態(tài)力學特性的影響規(guī)律,且在一定程度上驗證了SHGPB實驗的結(jié)果。綜上,隨著節(jié)理吻合系數(shù)的減小、節(jié)理厚度的增大、節(jié)理的分布從離散到聚合、有效接觸部位從中間到邊緣,節(jié)理的透射系數(shù)和比剛度逐漸減小,節(jié)理巖體的等效彈模也逐漸減小,說明節(jié)理巖體的的透射效應(yīng)和抗壓動態(tài)力學強度逐漸減弱,且這些影響作用在節(jié)理吻合系數(shù)較小時更為顯著；而具有粗糙度的節(jié)理巖體動力學模型的計算結(jié)果在節(jié)理吻合系數(shù)較大時與實驗結(jié)果更為接近。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

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