熱處理花崗巖動態(tài)劈裂行為實驗與數(shù)值研究.pdf

1、巖石是內(nèi)部存在大量微裂紋、微孔洞等微觀特征結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)材料，因其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，在受載荷時經(jīng)常會發(fā)生拉伸破壞。此外，在地?zé)豳Y源開發(fā)、高放射性核廢料地下存儲與隧道火災(zāi)后重建等工程中，巖石都受到溫度和荷載的共同作用。為了研究經(jīng)熱處理的中細(xì)?；◢弾r動態(tài)拉伸力學(xué)特性、動態(tài)劈裂破壞模式、能量耗散特征以及溫度和加載率對花崗巖能耗規(guī)律的影響，本文開展的研究工作及得出相關(guān)結(jié)論如下:
　　首先，利用φ50mm直錐變截面Hopkinson壓桿

2、(SHPB)對經(jīng)歷6個不同溫度作用后（即25、100、300、500、700和900℃）的花崗巖試樣進(jìn)行3種加載速率（5.4m/s、7.7m/s和13.7m/s）的動態(tài)劈裂試驗。力學(xué)特性分析結(jié)果表明:當(dāng)溫度在500℃以內(nèi)和較低應(yīng)變率下，花崗巖動態(tài)劈裂試件的破壞形式為沿徑向軸對稱開裂，隨加載率的增加，試樣兩端出現(xiàn)明顯的三角形壓碎區(qū)域;溫度達(dá)到500℃以后，試樣破壞程度加劇，在高應(yīng)變率下呈現(xiàn)出粉碎性破壞;隨溫度的增加，巖樣的縱波波速降低，損

3、傷相應(yīng)增大，而且熱損傷演化規(guī)律符合logistic曲線模型;在所研究溫度范圍內(nèi)，不同加載率下劈裂強(qiáng)度隨溫度升高逐漸降低，100℃溫度后，抗拉強(qiáng)度與損傷變化關(guān)系與allometry函數(shù)曲線吻合;且每個溫度下劈裂強(qiáng)度隨應(yīng)變率的增加均近似呈線性增長。
　　其次，基于巖石失穩(wěn)破裂的能量原理，分析了巖石在破碎過程中的能耗規(guī)律，結(jié)果表明:花崗巖試樣在動態(tài)劈裂中的耗散能隨熱處理溫度的上升而減小，但隨彈速的增加而提高;巖石試樣破碎塊度隨著平均入射

4、能變化率和溫度的升高而越小，而破裂塊的數(shù)目則呈增多趨勢;入射能平均變化率的增加使溫度對試樣破碎形態(tài)的影響作用更加顯著;沖擊荷載作用下，能量利用率均不超過30％，且表現(xiàn)出與加載率效應(yīng)相反的特性;花崗巖的動態(tài)劈裂強(qiáng)度與透射波的能量近似呈線性增長關(guān)系。研究指出從能量耗散的角度能更加清晰和準(zhǔn)確地表征巖石抵抗拉伸破壞的能力。
　　最后，使用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA和ABAQUS，對花崗巖的動態(tài)劈裂破壞過程和端部效應(yīng)影響進(jìn)行數(shù)