岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (2): 491-500.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0715

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基于SHPB试验的粗糙节理面动态损伤特征研究

张雨霏1, 2, 3,李建春1,闫亚涛1,李海波4   

  1. 1. 东南大学 爆炸安全防护教育部工程研究中心,江苏 南京 211189;2. 东南大学-蒙纳士大学苏州联合研究生院,江苏 苏州 215123; 3. 中衡设计集团股份有限公司,江苏 苏州 215123;4. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2020-05-27 修回日期:2020-11-17 出版日期:2021-02-10 发布日期:2021-02-09
  • 通讯作者: 李建春,女,1971年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩体力学、岩石动力学方面的研究。E-mail:jcli@seu.edu.cn E-mail:zyf_9931@163.com
  • 作者简介:张雨霏,女,1995年生,硕士,主要从事岩石节理力学特性研究方面的研究。
  • 基金资助:
    国家杰出青年基金(No. 41525009);国家自然科学基金重点项目(No. 41831281);中央高校基本科研业务费专项资金(No. 3205002010A2)。

Experimental study on dynamic damage characteristics of roughness joint surface based on SHPB

ZHANG Yu-fei1, 2, 3, LI Jian-chun1, YAN Ya-tao1, LI Hai-bo4   

  1. 1. Engineering Research Center of Safety and Protection of Explosion & Impact of Ministry of Education, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 211189, China; 2. Southeast University-Monash University Joint Graduate School, Suzhou, Jiangsu 215123, China; 3. ARTS Group Co., Ltd., Suzhou, Jiangsu 215123, China; 4. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2020-05-27 Revised:2020-11-17 Online:2021-02-10 Published:2021-02-09
  • Supported by:
    This work was supported by the National Science Foundation for Distinguished Young Scholars of China(41525009), the Key Program of National Natural Science Foundation of China(41831281) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities(3205002010A2).

摘要: 分析节理岩体在动态加载下的节理面损伤有助于把握节理岩体的动态破坏本质特征。针对节理形貌对节理岩体动态压缩破坏影响研究较少的现状,利用改进后的分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对含粗糙节理的试样进行冲击试验,结合3D扫描仪等设备对多次低幅值冲击荷载下的节理面损伤特征进行定量研究。研究结果表明:粗糙节理试样在多次加载情况下,典型波形图表现出透射波幅值降低的现象,认为应力波在节理处的透射能力削弱与节理面出现的损伤现象有关;利用波速探伤技术验证了多次冲击荷载下岩块部分损伤较弱,而节理面的损伤现象更加显著,具体特征为粗糙节理面的整体起伏度减小,粗糙度增加;引入体积损失率以定量评价节理面损伤程度,发现节理吻合度系数(JMC)、节理凸起分布情况及节理起伏角对节理面的损伤具有不同程度的影响;最后,利用试验数据计算了耗散能以定义损伤变量,发现具有较小节理吻合度系数(JMC)的节理面表现出更剧烈的节理损伤程度;然而在比较节理试样的前后损伤变量发现,利用新定义的损伤变量反映节理岩体的损伤存在一定局限。

关键词: 节理岩体, 粗糙节理, SHPB, 节理面损伤, 应力波能量

Abstract: The analysis of joint surface damage of rock mass under dynamic loading is helpful to grasp the essential characteristics of jointed rock mass failure. In view of the current situation that few studies have been conducted on the impact of joint morphology on dynamic compression failure of jointed rock mass, we use the modified split Hopkinson pressure bar (SHPB) device to operate impact loading test on the artificial rough joint sample. Using the 3D scanner and other equipment, the damage characteristics of joint surface under multiple low-amplitude impact loads have been observed and studied quantitatively. The results show that under multiple impact loading, the amplitude of the transmitted wave is reducing, and the transmission ability of the stress wave at the joints is severely weakened. The wave velocity detection technique has been used to verify the fact that the damage of rock under multiple impact loads is reduced, whereas the damage of joint surface is more obvious. The overall undulation of rough joint surface decreases and the joint roughness increases. The morphology of joint surface including the joint matching coefficient (JMC), the joint distribution and the joint undulation are confirmed to have different influences on the joint dynamic damage effect. At the same time, we calculate the dissipated energy of joint samples using the experimental data to define the damage variables. We find that the reduction of joint matching coefficient (JMC) aggravates the damage degree of joint surface. However, by comparing the change of damage variables, the results show that there are still limitations in using the damage variables to fully describe the damage of jointed rock mass.

Key words: jointed rock mass, roughness joint, SHPB, joint surface damage, stress wave energy

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