分级循环荷载下不同缺陷程度花岗岩的动力学特性与本构模型研究

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岩石的动力特性参数演化模型与动态本构模型一直都是岩石动力学研究的热点问题。当前岩石动力学研究均集中在完整岩石和含间歇节理岩石在常幅低频(0.01Hz~3Hz)动载下的动力学行为。含贯通节理岩体的动力学特性、岩石在较高频(>3Hz)变幅循环动荷载下的动力参数演化分析以及分级循环加载下的岩石动态本构的研究却鲜有报道。本文基于室内花岗岩样动三轴试验,探究了围压、动荷载条件(频率、应力幅和循环周次)以及缺陷程度对花岗岩动力学特性参数(动态弹性模量与动阻尼比)演化规律以及花岗岩动态本构模型的影响。本文完成了以下具体内容并取得相应的结论:(1)基于不同缺陷程度花岗岩动应力-应变滞回曲线以及岩石内部微细观变形机制,本文探究了围压、动荷载频率、动应力幅值、循环周次以及缺陷程度对岩石滞后与阻尼效应的影响,为花岗岩动力学参数演化规律的分析奠定了基础。动荷载频率对岩石滞后与阻尼效应影响最为显著,动应力幅值,围压、循环周次和缺陷程度的影响相对较小;(2)采用修正的计算公式,通过岩石动应力-应变滞回环计算了不同缺陷程度花岗岩试样的动弹性模量与动阻尼比,定义了岩石缺陷程度因子D,并分析了围压、动荷载频率、动应力幅值、循环周次和缺陷程度对花岗岩动力学参数演化规律的影响。给出了围压、频率、应力幅值和循环周次与动弹性模量的关系表达式,以及围压、频率、应力幅值与动阻尼比的关系表达式;(3)基于内变量理论和动弹性模量与围压、动荷载频率、动应力幅值以及缺陷程度的相关关系,给出了适用于“峰前应力阶段”的考虑围压、频率、动应力与缺陷程度的花岗岩动弹性模量演化模型,并对模型参数的取值范围进行了简化。(4)采用双曲线模型描述了“峰前应力阶段”不同缺陷程度花岗岩在分级循环荷载下的动应力-应变关系曲线,阐释了本构模型中参数的物理含义,并探究了围压、动荷载频率以及缺陷程度对花岗岩动态本构模型的影响。分别给出了考虑围压和动荷载频率影响的花岗岩在分级循环荷载下动态本构模型表达式。
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