中低应变率下砂岩动力特性试验研究

李增 马林建 吴家文 罗棕木 王波

摘要：为研究岩石在中低速冲击下的动力特性，利用MTS和落锤冲击试验系统进行了红砂岩准静态和动态单轴压缩试验，获得了10^-210^1.7S^-1应变率范围砂岩全应力一应变曲线。结果表明，中低应变率加载条件下，砂岩经历典型压密、弹性变形、非稳定裂纹发展至脆性破裂后阶段。随着加载应变率的提高，砂岩峰值应力及其对应应变、残余应变均逐步增加，破坏模式则由x状共轭剪切破坏转变为劈裂破坏;动态强度增长遵循热活化和宏观黏性机制联合作用规律;中低应变率下岩石的吸收总能量和弹性应变能随变形演化规律基本一致，且弹性应变能和较耗散应变能的应变率效应更为显著。

关键词：砂岩;中低应变率;全应力一应变曲线;破坏模式;率效应;能量演化

中图分类号：TU443 文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）01-0120-08

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2020.01.014

1概述

岩石作为工程赋存介质常处于动力荷载环境，如采用山体隧道爆破开挖、钻井工程、弹体冲击、地震振动以及岩体由于自身所受应力状态变化发生岩爆、崩塌等。材料在不同应变率区表现的物理力学性能具有显著差异，即对应变率存在明显依赖性。通过选用多种试验设备和测试手段可实现应变率范围从准静态至超高速冲击加载的全覆盖，如图1所示。

数十年来，国内外学者针对多种工程材料力学性能的应变率效应进行了大量研究，建立了从低到高宽应变率范围内静动力本构模型及强度准则，并对率效应的物理机制展开深入探讨。……