循环冲击载荷作用下岩石损伤累积演化特性研究

在工程岩体爆破开挖过程中，岩体承受载荷的形式为具有一定静应力下的循环冲击载荷，岩体在频繁爆破应力波作用下表现出物理力学性能劣化现象。目前，岩石在循环冲击载荷作用下的疲劳力学性能研究明显不足，特别是当岩石具有一定轴压和围压时。而岩石内部疲劳损伤机理的研究成果，有助于揭示岩石在循环冲击过程中强度劣化和疲劳变形规律。本项目拟对不同静应力下的岩石在循环冲击载荷作用下的损伤累积演化特性进行研究。通过试验得到不同应力组合的岩石在循环冲击过程中强度和变形变化规律，利用数值模拟和理论分析的方法，分析岩石疲劳力学性能的影响因素，进而结合应力波理论，确定岩石在循环冲击载荷作用下损伤变量的定量表示方法；通过扫描电镜技术，分析不同工况下试样碎片的微裂纹信息；最后，从宏观和细观角度，研究岩石损伤累积演化特性，揭示在循环冲击载荷作用下岩石疲劳损伤机理。研究成果可为岩体工程安全、高效施工和运营提供重要的理论依据。

本课题对静载荷和循环冲击组合作用下岩石损伤累积演化特性及机理进行研究，取得的成果如下：. 1、研究了轴向静载荷的大小对弹性杆上入射波的影响，轴向静载荷与入射波峰值应力具有线性关系；轴压越大，入射波峰值应力越小，入射波波长越小。加载应力波上升沿时间越长，轴向静载荷对入射波波长影响越大。. 2、在循环冲击过程中，单次冲击得到的岩石应力-应变曲线大致可以分为5个阶段。随着冲击次数的增加，透射波幅值越来越小，其峰值出现的时间越来越早；反射波幅值越来越大，其峰值出现的时间越来越晚。. 3、轴压和循环冲击组合作用下，随着循环冲击次数的递增，岩石抵抗外部冲击载荷的强度和变形能力逐渐降低。轴压为单轴抗压强度的22%时，岩石的抵抗能力最强。. 4、相同围压时，岩石承受的总循环冲击次数随轴压的增大而减小；相同轴压时，随着围压的增高，总循环冲击次数逐渐增加。动态强度和平均应变率呈负线性关系。. 5、岩石单位体积吸收能随循环冲击次数的增加而增加。平均应变率和单位体积吸收能具有良好的正线性关系。. 6、裂隙岩石的密度和纵波波速间具有良好的正向相关性；波阻抗和纵波波速的相对变化幅值接近，分别用其定义的损伤变量变化趋势一致。可用波阻抗定义循环过程中岩石的损伤变量。. 7、建立适合表征循环冲击过程中岩石损伤累积演化的倒S型非线性模型。当围压增加到一定值时，轴压的大小对岩石损伤累积的影响减弱；无论轴压大小如何，围压始终影响着岩石的损伤累积演化路径。. 8、在循环冲击作用下，无静载岩石的破裂面沿着试件的纵向面，属于张裂破坏；无围压有轴压岩石，破坏属于张剪破坏；具有三向静载岩石的破坏属于拉剪破坏。