›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (5): 1385-1393.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

循环冲击下波阻抗定义岩石损伤变量的研究

金解放1, 2,李夕兵1,殷志强1,邹 洋1   

  1. 1.中南大学 资源与安全工程学院,长沙 410083;2.江西理工大学 建筑与测绘工程学院,江西 赣州 341000
  • 收稿日期:2011-02-02 出版日期:2011-05-10 发布日期:2011-09-23
  • 作者简介:金解放,男,1977年生,博士研究生,讲师,主要从事岩石动力学及岩体稳定性分析方面的教学和科研工作
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展计划项目资助(No. 2010CB732004);国家自然科学基金项目资助(No. 10872218,No. 50934006)

A method for defining rock damage variable by wave impedance under cyclic impact loadings

JIN Jie-fang1, 2, LI Xi-bing1, YIN Zhi-qiang1, ZOU Yang1   

  1. 1. School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, China; 2. School of Architectural and Surveying Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou, Jiangxi 341000, China
  • Received:2011-02-02 Online:2011-05-10 Published:2011-09-23

摘要: 在动静组合加载试验系统上,对有轴向预应力的岩石进行循环冲击时无法测量其声波波速,以致于不能用声波波速值的变化研究此过程中岩石的损伤演变特性,为此提出了基于岩石波阻抗定义其损伤变量的方法。在理论上证明裂隙岩石的密度和纵波波速间具有良好的正向相关性,在同一损伤过程中,岩石的波阻抗与其纵波波速的相对变化量接近,根据密度和纵波波速都能反映岩石损伤的现实,得出基于岩石波阻抗定义岩石损伤的方法是可行的结论,并给出其定义损伤变量的表达式。根据一维应力波理论,推导出由入射波和反射波或透射波求解波阻抗的表达式。对利用霍布金森压杆装置进行试验时应力波在岩石试件两界面间多次透反射的过程进行了分析,在此基础上,确定了由试验数据计算循环冲击过程中岩石波阻抗的方法。对岩石试件进行了无初始应力的循环冲击试验,测量了岩石在每次冲击后的纵波波速,得出了基于波阻抗和纵波波速定义的损伤变量具有相同的变化趋势的结论,并分析了二者之间有差别的原因。研究结果表明,在入射能大小接近的循环冲击过程中,利用波阻抗定义岩石损伤变量的方法是可行的

关键词: 岩石力学, 波阻抗, 损伤变量, 循环冲击, 动静组合加载

Abstract: The P-wave velocities of rock with axial pre-compression cannot be measured during cyclic impacts on coupled static and dynamic test equipment, and the characteristics of rock damage evolution in the process of cyclic impacts are not able to be studied with variation of wave velocities. A method for defining damage variable of rock based on its wave impedance is proposed. Firstly, the good positive correlation between density and P-wave velocity of jointed rock was verified; and it was obtained that the variation range of wave impedance is similar with that of wave velocity on the same damage process; the damage variable of rock can be defined both density and wave velocity by theoretical calculation and analysis; so it was concluded that wave impedance can be used for defining damage variable of rock, and the expression for defining damage variable is given. Then, a formula to express wave impedance from incident wave and reflected wave or transmitted wave is derived. The elastic wave may reflect and transmit time after time on the input bar/specimen and specimen/output bar interfaces when a test is conducted with split Hopkinson pressure bar (SHPB). According to one-dimensional theory, a method for calculating wave impedance of rock is determined from test data on the cyclic test. Finally, a cyclic impact experiment on rock without precompression stress is performed; and the P-wave velocity is measured after impacting every time; the damage variables defined by wave velocity and wave impedance was found to have the same trend approximately. Compared with the variable of acoustic wave velocity, density variation is very smaller, so there is a difference between two damage variable defined by wave velocity and wave impedance. The results show that the damage variable of rock can be defined by wave impedance when rock is subjected to cyclic impact loading with same incident energy.

Key words: rock mechanics, wave impedance, damage variable, cyclic impact, static-dynamic coupling loading

中图分类号: 

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