黑色頁巖動載破壞的層理效應及損傷本構模型研究
摘要：為了探究不同層理方向下頁巖動載破壞的各向異性行為,針對龍馬溪組黑色頁巖制備7組層理傾角試樣,利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)進行3種應變率下的動態壓縮試驗,研究層理方向對頁巖動載破壞模式、強度、能量耗散特征的影響,揭示層理頁巖動載破壞的機制,并建立綜合考慮初始損傷、受荷損傷的層理頁巖動載損傷本構模型。試驗及理論分析結果表明:(1)不同層理方向頁巖動載破壞模式分為劈裂拉伸破壞、剪切破壞和混合破壞。小層理傾角及大層理傾角情況下容易發生劈裂拉伸破壞,中等傾角情況下容易發生混合破壞和剪切破壞。(2)3種應變率下抗壓強度隨層理傾角的變化都會呈現先減小后增大的趨勢,顯示出明顯的層理效應,同時抗壓強度還具有率相關效應,但其與層理效應呈競爭關系,即應變率增大強度增大,強度各向異性減弱。(3)能量耗散特征與強度特征類似,也隨傾角變化有先減小后增大的趨勢。但能量耗散值有率相關效應,吸能率卻對應變率不敏感。(4)新建立的損傷本構模型綜合考慮了巖體結構效應與載荷耦合作用,具有結構簡單,物理意義明確的特點,與試驗數據吻合較好,尤其對于不出現應力–應變回彈的中高應變率情況,理論預測數據與試驗數據相關程度更高,有助于更為準確地描述層理頁巖試樣在動載下的變形破壞行為。
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