熱處理花崗巖動態(tài)劈裂行為實驗與數(shù)值研究.pdf

1、巖石是內部存在大量微裂紋、微孔洞等微觀特征結構的非均質材料，因其抗拉強度遠小于抗壓強度，在受載荷時經常會發(fā)生拉伸破壞。此外，在地熱資源開發(fā)、高放射性核廢料地下存儲與隧道火災后重建等工程中，巖石都受到溫度和荷載的共同作用。為了研究經熱處理的中細粒花崗巖動態(tài)拉伸力學特性、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結論如下:
　　首先，利用φ50mm直錐變截面Hopkinson壓桿

2、(SHPB)對經歷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。力學特性分析結果表明:當溫度在500℃以內和較低應變率下，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;溫度達到500℃以后，試樣破壞程度加劇，在高應變率下呈現(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，不同加載率下劈裂強度隨溫度升高逐漸降低，100℃溫度后，抗拉強度與損傷變化關系與allometry函數(shù)曲線吻合;且每個溫度下劈裂強度隨應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)出與加載率效應相反的特性;花崗巖的動態(tài)劈裂強度與透射波的能量近似呈線性增長關系。研究指出從能量耗散的角度能更加清晰和準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影響進行數(shù)