岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (11): 3540-3552.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0214

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

冲击损伤砂岩动静组合加载力学特性研究

闻磊1,梁旭黎3,冯文杰1,王伟2,王亮2,常江芳1,袁维2   

  1. 1. 石家庄铁道大学 工程力学系,河北 石家庄 050043;2. 石家庄铁道大学 土木工程学院,河北 石家庄 050043; 3. 河北地质大学 勘查技术与工程学院,河北 石家庄 050031
  • 收稿日期:2020-01-09 修回日期:2020-04-13 出版日期:2020-11-11 发布日期:2020-12-24
  • 通讯作者: 冯文杰,男,1967年生,博士,教授、博士生导师,主要从事断裂力学方面的教学与研究工作。E-mail:wjfeng9999@126.com E-mail:WL0921@126.com
  • 作者简介:闻磊,男,1983年生,博士,副教授、硕士生导师,主要从事岩石力学方面的教学与研究工作。
  • 基金资助:
    河北省自然科学基金(No. E2018210066);国家博士后面上基金(No. 2018M631758);国家自然科学基金(No. 51979170)

An investigation of the mechanical properties of sandstone under coupled static and dynamic loading

WEN Lei1, LIANG Xu-li3, FENG Wen-jie1, WANG Wei2, WANG Liang2, CHANG Jiang-fang1, YUAN Wei2   

  1. 1. Mechanics Engineering Department, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhang, Hebei 050043, China; 2. School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhang, Hebei 050043, China; 3. School of Exploration Technology and Engineering, Hebei GEO University, Shijiazhuang, Hebei 050031, China
  • Received:2020-01-09 Revised:2020-04-13 Online:2020-11-11 Published:2020-12-24
  • Supported by:
    This work was supported by the Natural Science Foundation of Hebei Province (E2018210066), the Postdoctoral Science Foundation of China (2018M631758) and the National Natural Science Foundation of China (51979170).

摘要: 利用霍布金森压杆试验装置对灰砂岩试样进行预加静载的循环冲击,使试样产生初始损伤,并分析此过程中试样的损伤演化规律。使用能够施加轴压的霍布金森压杆进行预损伤试样动静组合加载试验,获得试样破坏模式、动态应力-应变关系等指标。基于应变等价原理分析预损伤试样动静组合加载条件下的总损伤变量,建立相应的损伤演化方程及损伤本构关系,并与完整试样进行对比。研究结果表明:循环冲击过程中试样损伤变量分为快速上升、低速发展、高速发展3个阶段,预加轴压越大低速发展阶段损伤变量平均值越小;相同动静组合加载条件下预损伤试样动态强度较小,完整试样应变率增强效应更加显著;循环冲击预损伤变量 、预加静载损伤变量 对于应力-应变关系的影响是较为复杂的, 、 值之和可能为负值;建立的本构关系与试验曲线具有较好的一致性,得到的总损伤变量曲线不仅能够解释试样宏观破坏与细观损伤过程的一致性,并且能够反映循环冲击和预加静载两种因素对岩石总损伤发展的非线性影响。

关键词: 损伤变量, 循环冲击, 动静组合加载, 本构关系

Abstract: Through the application of SHPB (split Hopkinson pressure bar) test, this research firstly analyzed the law of damage under the cyclical impact on grey sandstone samples with the condition of static load. After that, to obtain the sample failure mode and speculate the relationship between dynamic stress and strain, the static-dynamic loading experiments on pre-damaged rock samples were also performed. Finally, based on the principle of strain equivalence, the total damage variable under the condition of static-dynamic loading was analyzed to derive the damage evolution equation to explain the relation of damage constitutive. Based on above tests, the research suggests: (1) the damage variable of rock sample can be divided into three stages during the process of cyclical impact, which are rapid increase, low-speed development and high-speed development, meanwhile, a higher axial pressure will lead to a lower damage variable in the stage of low-speed development; (2) compared with pre-damaged sample, the effect of strain rate enhancement on intact samples is more significant under the same condition; (3) the joint impact of pre-damaged variable ( ) and static-load damage variable ( ) might be negative, which therefore explained the fact that the dynamic strength increases with the static pressure under the condition of static-dynamic loading; (4) the constructed constitutive relation is also in perfect agreement with the curve of test value, which can in turn show a consistency between the macro- and micro- damage of the rock and then reflect the nonlinear influence of cyclical impact and static loading on total damage development.

Key words: split Hopkinson pressure bar test, damage variable, cyclical impact, static-dynamic loading experiments, constitutive relation

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[1] 李波波, 王忠晖, 任崇鸿, 张尧, 许江, 李建华, . 水-力耦合下煤岩力学特性及损伤本构模型研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 315-323.
[2] 陈永青, 文畅平, 方炫强, . 生物酶改良膨胀土的修正殷宗泽模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3515-3523.
[3] 王震, 朱珍德, 陈会官, 朱姝, . 冻融作用下岩石力-热-水耦合本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2608-2616.
[4] 王 宇, 艾 芊, 李建林, 邓华锋, . 考虑不同影响因素的砂岩损伤特征 及其卸荷破坏细观特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1341-1350.
[5] 宋洪强, 左建平, 陈 岩, 黎立云, 洪紫杰, . 基于岩石破坏全过程能量特征改进的能量跌落系数[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 91-98.
[6] 曾 寅, 刘建锋, 周志威, 吴 池, 李志成, . 盐岩单轴蠕变声发射特征及损伤演化研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 207-215.
[7] 向 高,刘建锋,李天一,徐杨梦迪,邓朝福,吴 池,. 基于声发射的盐岩变形破坏过程的分形与损伤特征研究[J]. , 2018, 39(8): 2905-2912.
[8] 刘 超,张东明,尚德磊,赵宏刚,宋真龙,俞 欢, . 峰后围压卸载对原煤变形和渗透特性的影响[J]. , 2018, 39(6): 2017-2024.
[9] 王学滨,张 楠,潘一山,张博闻,杜亚志,. 单轴压缩黏性土剪切带相互作用及损伤试验研究[J]. , 2018, 39(4): 1168-1175.
[10] 周 辉, 黄 磊, 姜 玥, 卢景景, 张传庆, 胡大伟, 李 震, . 岩石空心圆柱扭剪仪研制的重点问题及研究进展[J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4295-4304.
[11] 颜荣涛, 张炳晖, 杨德欢, 李 杨, 陈星欣, 韦昌富, . 不同温-压条件下含水合物沉积物的损伤本构关系[J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4421-4428.
[12] 尤志嘉,付厚利,尤春安,张 军,邵 辉,毕冬宾,时 健,. 土层锚固体应力传递机制[J]. , 2018, 39(1): 85-92.
[13] 张雨霆,丁秀丽,邬爱清,卢 波. 有厚度天然结构面法向循环加载变形特性研究[J]. , 2017, 38(10): 2865-2872.
[14] 赵 航,李新平,罗 忆,董 千,黄俊红,. 裂隙岩体中弹性波传播特性试验及宏细观损伤本构模型研究[J]. , 2017, 38(10): 2939-2948.
[15] 毕冬宾,尤志嘉,刘 群,王程程,时 健. 土层锚固体复合界面单元形式及力学效应研究[J]. , 2017, 38(1): 277-283.
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[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[3] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[4] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[5] 张明义,刘俊伟,于秀霞. 饱和软黏土地基静压管桩承载力时间效应试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3005 -3008 .
[6] 黄平路,陈从新,肖国峰,林 健. 复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究[J]. , 2009, 30(10): 3020 -3024 .
[7] 刘振平,贺怀建,李 强,朱发华. 基于Python的三维建模可视化系统的研究[J]. , 2009, 30(10): 3037 -3042 .
[8] 吴振君,王水林,葛修润. 约束随机场下的边坡可靠度随机有限元分析方法[J]. , 2009, 30(10): 3086 -3092 .
[9] 吴 亮,钟冬望,卢文波. 空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析[J]. , 2009, 30(10): 3109 -3114 .
[10] 周晓杰,介玉新,李广信1. 基于渗流和管流耦合的管涌数值模拟[J]. , 2009, 30(10): 3154 -3158 .