鄂西页岩动态压缩力学特性试验研究

摘要

为探索鄂西页岩地层隧道围岩动态压缩力学特性，采用分离式霍普金森压杆装置(SHPB),同时借助高速摄像，开展0°、30°、45°、60°和90°共5种不同层理角度(冲击加载方向与试样层理面法线的夹角)页岩试样动态冲击压缩试验，并采用不同的冲击气压进行动态加载，使试样达到不同的应变率，以研究层理角度、冲击气压及应变率对页岩动态压缩力学特性和破坏模式的影响机制。研究结果表明：不同冲击气压及应变率下，页岩动态抗压强度随着层理角度的增加，均近似呈现出“U”型的变化规律，其中层理角度为0°和90°,页岩的抗压强度相对较高，而60°层理角度的页岩抗压强度最小，随着冲击气压和应变率增加，不同层理角度页岩动态抗压强度均增加；页岩试样宏观破坏模式主要分为拉伸破坏、剪切破坏和混合破坏，不同应变率下层理角度为0°和90°试样宏观破坏模式均以拉伸破坏为主，当层理角度为30°时，试样主要宏观破坏模式随着应变率的增大，表现为“剪切破坏-混合破坏-拉伸破坏”这一转变过程，当层理角度为45°和60°时，随着应变率的增大试样的主要宏观破坏模式由剪切破坏演变为混合破坏；不同冲击气压下随着层理角度增加，页岩试样吸能比先增大后减小，在层理角度为60°时吸能比最大，此时试样破坏程度也最大，随着冲击气压和应变率增加，不同层理角度页岩试样的破碎程度均增加，且吸能比逐渐趋于一致。研究结果可为鄂西页岩地层隧道爆破破岩机理的研究以及爆破参数的精细化设计提供理论依据。

关键词

鄂西页岩 / 霍普金森压杆 / 动态压缩 / 力学特性 / 破坏模式

基金资助

湖北交投建设集团科研课题(LX01-FW-2023052); 国家自然科学基金(52108368); 中国国家铁路集团科研课题(K2021G024)