花岗岩材料在动静组合加载下的断裂机理研究

基本信息
批准号:11202232
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:陈荣
学科分类:
依托单位:中国人民解放军国防科技大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:周明安,田占东,田保林,李俊玲,覃金贵,程序
关键词:
分离式霍普金森压杆花岗岩裂纹传播起裂韧度动静组合加载
结项摘要

In the process of deep mining and deep digging, the top of sap subject to not only high levels of static pressure, but also dynamic loads such as explosions and micro earthquakes, which may cause disasters such as tunnel collapse. Recent reports show that the total strength of the preload static stress and the measured dynamic strength doesn't equal to neither the pure static strength nor the pure dynamic strength with similar loading rate, because the static load changes the micro cracks in rock, and then changes the mechanical properties. It is thus required to study rock fracture mechanics subjected to coupled static and dynamic loads. This project will set up the experimental techniques of coupled static and dynamic loads with the Split Hopkinson Pressure Bars (SHPB) system, such as the calculation of stress intensity factors in the crack tip with coupled static and dynamic loads. Two kinds of granite samples, the Cracked Semi-Circular Bending (NSCB) specimen and the cracked Chevron Notched Semi-Circular Bend (CCNSCB) specimen, are selected in this project. The micro cracks distribution and the micro crack opening process with preloads in the granite can be obtained by Micro-CT and acoustic emission (AE) methods. The crack initiation and propagation properties will be investigated with different preload static loading conditions. Together with the experimental results of quasi-static and dynamic experiment results, a constitutive model of Statistical Crack Mechanics (SCRAM) will be developed. This constitutive model can be embedded in the sub program of user's mat. In this way, the experimental process can be simulated by the commercial software LS-DYNA with our constitutive model. The constitutive model validate by comparing experimental results and the simulation results. The main aim of this project is to work out these two key scientific problems: the fracture toughness and fracture propagation properties of rocks subject to coupled static and dynamic loads, and the SCRAM constitutive model and the way to obtain its parameters.

在深部工事开挖过程中,坑道顶板不仅承受着很高的静载荷,还受到爆破、震动等动载荷的影响,容易诱发塌方等灾害。现有研究表明,在初始静载荷与动载荷叠加后,其强度准则不能简单叠加。这是因为静载荷导致岩石内部微裂纹发生变化,进而影响其力学性能。因此需要研究岩石材料在动静组合加载下的断裂机理,为工程设计提供理论依据。本研究首先建立基于霍普金森杆的动静组合加载实验方法,研究动静组合加载下裂尖应力强度因子的求解方法。选取一种花岗岩材料,采用两种不同预制裂纹方式的半圆盘三点弯试样构型,通过Micro-CT结合声发射实验技术观测静载荷下花岗岩内部微裂纹分布及变化规律;分析不同动静组合条件下裂纹的起裂韧度和传播机理。结合常规的力学实验,建立统计裂纹模型,并将计算预测结果与实验结果进行比较分析,验证模型的有效性。重点解决花岗岩动静组合加载下的裂纹起裂扩展规律研究和花岗岩统计裂纹模型及参数获取方法两个关键科学问题。

项目摘要

随着矿山开采深度增加和开采条件趋于复杂,以及越来越多的水利水电、交通、国防和基础物理实验等工程在深部和构造活动区兴建,岩石常受到地应力静载和爆破、震动等动载的影响。岩石材料在动静组合加载下的力学性能成为深部岩石工程所必须要考虑的一个关键问题。本研究首先根据实验需要和实验室现有条件,搭建了基于霍普金森杆试验平台的动静组合加载试验系统。研究选取了两种试样(NSCB和CCNSCB)分别进行了不同方面的断裂性能研究。通过Micro-CT实验技术观测花岗岩内部微裂纹分布规律。对试样进行了准静态及动态SHPB试验,提出了一种修正带几何缺陷试样的SHPB动态强度测试的方法,采用本研究提出的修正方法不仅能够极大的降低由于几何缺陷引入的测量误差,而且操作起来简单、可行。对于NSCB试样,其无量纲应力强度因子的计算是基于ANSYS有限元仿真平台建立二维模型,并对裂尖建立1/4节点模型进行数值求解。动态试验中施加的预应力分别是NSCB试样最大静载荷的0%、37%、74%,实验表明:岩石材料动态起裂韧度会随初始静载荷的增加而降低,但是总的断裂韧度会提高,即在有初始静载条件时,岩石材料的起裂会更加容易。对于CCNSCB试样,采用子模型法结合1/4节点模型进行建模和无量纲应力强度因子的数值求解,并对裂纹区域进行了更为精确的应力场模拟。三组试验施加的预应力分别是CCNSCB试样最大静载荷的0%、45%和90%,实验表明:初始静载荷对裂纹的传播过程并无影响,传播韧度与初始预应力无关。最后,建立了一种描述岩石材料的统计裂纹规律的本构模型,并将该模型嵌入LS-DYNA中去,该模型除了可以模拟岩石材料的力学性能外,还可用于模拟混凝土等准脆性材料的力学性能。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015
2

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

DOI:10.3969/j.issn.1001-8360.2019.08.011
发表时间:2019
3

滚动直线导轨副静刚度试验装置设计

滚动直线导轨副静刚度试验装置设计

DOI:
发表时间:2017
4

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

DOI:10.19650/j.cnki.cjsi.J2007019
发表时间:2021
5

基于协同表示的图嵌入鉴别分析在人脸识别中的应用

基于协同表示的图嵌入鉴别分析在人脸识别中的应用

DOI:10.3724/sp.j.1089.2022.19009
发表时间:2022

陈荣的其他基金

批准号:70502003
批准年份:2005
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61178090
批准年份:2011
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:50671063
批准年份:2006
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:60778046
批准年份:2007
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:71772104
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:31370730
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:60203015
批准年份:2002
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71172011
批准年份:2011
资助金额:39.00
项目类别:面上项目
批准号:11672328
批准年份:2016
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:60775028
批准年份:2007
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:20207006
批准年份:2002
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61175056
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:51308439
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31070144
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:70872057
批准年份:2008
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:21505016
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61672122
批准年份:2016
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:69478026
批准年份:1994
资助金额:5.50
项目类别:面上项目
批准号:71472104
批准年份:2014
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:31660090
批准年份:2016
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

动静组合加载下岩石的抗拉强度与张拉破坏机理

批准号:50904079
批准年份:2009
负责人:周子龙
学科分类:E0404
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

动静组合加载下深部隧道围岩各向异性动力特性及灾变机理研究

批准号:51378505
批准年份:2013
负责人:张学民
学科分类:E0806
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
3

冻土在动静组合循环冲击加载下的动态力学行为及其本构关系

批准号:11672253
批准年份:2016
负责人:朱志武
学科分类:A1202
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
4

动静组合载荷下岩石断裂表面形貌的多尺度分析

批准号:51079064
批准年份:2010
负责人:冯志刚
学科分类:E0905
资助金额:37.00
项目类别:面上项目