动静载作用下充填节理砂岩应力波传播特性研究

殷志强; 马凯莉; 吴昊原; 刘贤; 高路路; 王超

应用力学学报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (2) : 432 -442.

殷志强, 马凯莉, 吴昊原, 刘贤, 高路路, 王超

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摘要

为研究节理角度和不同围压作用下的充填节理岩石的动态力学特性和应力波传播规律，利用改造后的动静组合加载霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）装置，对充填节理厚度为8 mm的砂岩试样进行冲击试验，研究不同围压等级（0、4、6和8 MPa）和不同节理倾角（0°、15°、30°、45°）下充填节理试样的动态力学特性和应力波传播的规律，采用应力波斜射理论并进行验证。试验结果表明：（1）完整砂岩的反射波幅值最小，以0 MPa为例，反射波幅值从0.194×10^-3增长到0.299×10^-3,与倾角成正相关，透射波幅值与倾角成负相关，且从0.169×10^-3减小到0.053×10^-3;以0°为例，反射波幅值与围压呈负相关，且从0.194×10^-3减小到0.074×10^-3,透射波幅值相反从0.169×10^-3增长到0.257×10^-3;（2）在冲击动载作用下，一定程度围压可以起到限制变形，抑制胶结面分离，提高承载能力；节理倾角越大的充填节理产生的变形越大，承载状态越差；（3）倾角试件随着围压增大反射能力降低，透射能力提高，0°倾角试件的反射系数从0.603减小到0.147,透射系数从0.569均匀增加到0.789,围压试件随着倾角的增大反射能力增大，透射能力降低与理论分析规律一致；（4）节理倾角与试样吸收能密度呈负相关，围压与试样吸收能密度呈正相关，与围压作用下的透反射规律一致。