变频变峰正弦波作用下砂岩加卸载与位移速率互推及能量模拟研究Study of mutual prediction between loading and unloading conditions and displacement velocity and energy simulation of sandstone under different frequency and peak value sine wave
刘杰,高素芳,杨渝南,叶志强,张罗送,孙涛
摘要(Abstract)：
以RMT-150C岩土试验系统为研究平台,中细砂岩为试验对象,对比分析在0.1 Hz、0.2 Hz正弦波加、卸载条件下,E(t)=a·f(t)+b拟合关系式中a值和b值的变化规律及在毫秒级变形速率模拟基础上,分析该岩体内部能量变化规律。结果表明:在相同加载f_(max)条件下,循环载荷频率越高,中细砂岩压密程度a值越低,而对常数项b值无显著影响,并且较高荷载峰值下,a值和b值随荷载峰值呈线性变化规律,这样可预测其余破坏峰值以下的a值和b值;在载荷峰值为32～96 kN的区间内,岩样压实比(卸载段a值/加载段a值)均在2左右波动,说明岩样内部加载时的压缩性能和卸载时的回弹性能有明显相关性。然后,给出了在位移和力两种控制模式下,砂岩加、卸载速率和毫秒级位移速率互推公式,通过计算位移速率和实测位移速率的比较证明该公式的合理性。最后,在毫秒级变形速率模拟基础上,给出能量计算公式,对比分析岩样能量吸收、释放前后数值,结果表明该能量公式能够准确模拟实际砂岩内部能量变化规律。
关键词(KeyWords)： 中细砂岩;毫秒级速率模拟;正弦波;能量
基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目(51439003,51579138);; 国家科技支撑计划项目(2015BAB07B08);; 湖北省自然科学基金杰出青年人才计划项目(2018CFA065);; 三峡大学技术人才计划项目(KJ2014H012);三峡大学硕士学位论文培优基金(2019SSPY035);; 湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站开放基金(2018KTL08)
作者(Author): 刘杰,高素芳,杨渝南,叶志强,张罗送,孙涛
DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2019.05.025
参考文献(References)：
- [1] 赵闯.循环荷载作用下花岗岩损伤变形与能量特征分析[D].济南:山东大学,2014.
- [2] 叶琴.岩石变形破坏过程中的能量耗散分析[J].广东化工,2016,43(13):123- 124.
- [3] 张楚旋,戴兵,吴秋红.不同应力路径下岩石卸荷破坏过程的变形特性与能量耗散分析[J].中国安全生产科学技术,2014,10(10):35- 40.
- [4] 朱贝贝.岩石破裂过程中的耗散能与释放能机理研究[D].兰州:兰州大学,2017.
- [5] XIE H P,JU Y,PENG R D,et al.Energy analysis for damage and catastrophic failure of rocks[J].Science China Technological Sciences,2011,54(s1):199- 209.
- [6] LEMIRE V.The Elastic Strain Energy of Damaged Solids with Applications to Non-Linear Deformation of Crystalline Rocks[J].Pure & Applied Geophysics,2011,168(12):2199- 2210.
- [7] LIU E,HE S.Effects of cyclic dynamic loading on the mechanical properties of intact rock samples under confining pressure conditions[J].Engineering Geology,2012,125(27):81- 91.
- [8] 金解放,李夕兵,殷志强,等.轴压和围压对循环冲击下砂岩能量耗散的影响[J].岩土力学,2013,34(11):3096- 3102,3109.
- [9] 黄明,詹金武,胡柳青,等.三峡库区泥质粉砂岩的SHPB试验及能量耗散特征研究[J].工程地质学报,2015,23(6):1175- 1181.
- [10] 朱明礼,朱珍德,李刚,等.循环荷载作用下花岗岩动力特性试验研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(12):2520- 2526.
- [11] 刘恩龙,黄润秋,何思明.循环加载时围压对岩石动力特性的影响[J].岩土力学,2011,32(10):3009- 3013.
- [12] 张媛,许江,杨红伟,等.循环荷载作用下围压对砂岩滞回环演化规律的影响[J].岩石力学与工程学报,2011,30(2):320- 326.
- [13] 郭世儒.高应变率下煤系砂岩力学性能及能量耗散规律研究[D].北京:中国矿业大学,2017.
- [14] 刘鑫,郭连军,徐振洋.岩石劈裂拉伸试验的能量耗散分析[J].爆破,2016,33(3):17- 22,35.
- [15] 罗承浩.热处理花岗岩三轴卸围压力学特性与声发射规律试验研究[D].厦门:华侨大学,2016.
- [16] 刘杰,李建林.滞后效应影响下砂岩正弦波加载段变形速率预测模型研究[J].中国科学,2009,53(5):1442- 1449.
- [17] 刘杰,李建林,邓华锋,等.宜昌砂岩三角波加载段变形速率预测模型研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(3):633- 639.