溫度和動(dòng)載耦合下巖石力學(xué)特性與損傷機(jī)理研究.pdf

1、巖石是由各種不同的地質(zhì)作用所形成的天然礦物的集合體，目前涉及高溫下巖石力學(xué)特性的工程案例越來(lái)越多，如地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)與利用、深部礦產(chǎn)的勘探與開(kāi)采、核廢物的深埋處理以及二氧化碳的地下封存等，這些工程建設(shè)都需要對(duì)高溫下巖石動(dòng)力學(xué)特性有深入的了解。本文采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法開(kāi)展工作，具體內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:
　　首先，基于改進(jìn)的分離式霍普金森壓桿(SHPB)對(duì)花崗巖進(jìn)行了不同實(shí)時(shí)溫度下的沖擊壓縮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)溫度在20～5

2、00℃下，花崗巖全應(yīng)力-應(yīng)變曲線的彈性、塑性與應(yīng)變軟化三個(gè)階段特征明顯，700℃時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)塑性屈服平臺(tái);應(yīng)變率增加使巖石單位體積的能量吸收能力有所提高，且?guī)r石的峰值強(qiáng)度和峰值應(yīng)變會(huì)增大。應(yīng)變率對(duì)巖石彈性模量的影響規(guī)律不甚明顯;500℃及以下，隨應(yīng)變率增加試樣破壞形式從劈裂過(guò)渡到碎裂，700℃時(shí)試樣破壞呈粉末狀。
　　接著，考慮巖石損傷的應(yīng)變率效應(yīng)，基于Weibull分布建立了實(shí)時(shí)溫度下巖石統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型。結(jié)果表明所提

3、出的統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型能準(zhǔn)確地描述加熱溫度和應(yīng)變率對(duì)巖石應(yīng)力-應(yīng)變行為的影響;四個(gè)本構(gòu)參數(shù)(m，DI，ε0，η)均具有明確的物理意義，且確定方法簡(jiǎn)單;該模型可較好地反映巖石破壞全過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變行為，且預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常吻合。
　　最后，利用ANSYS/LS-DYNA軟件與Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型對(duì)不同溫度（20℃、100℃和200℃）下巖樣SHPB試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果顯示低加載率時(shí)試樣