类节理岩石材料冲击动力响应性状的试验研究

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1、ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing博士学位论文类节理岩石材料冲击动力响应性状的试验研究学院：力学与建筑工程学院学号：TBP120602013作者：王建国学科专业：岩土工程导师：高全臣教授2015年6月中图分类号：TU452密级：单位代码：11413博士学位论文中文题目：类节理岩石材料冲击动力响应性状的试验研究英文题目：Similarmaterialexperimentstudyondynamicmechanicalpropertiesofjointedrock作者：王建国学号：TBP120602013学科专业：岩土工程研究方向：

2、工程爆破与岩石破碎导师：高全臣职称：教授论文提交日期：2015年4月16日论文答辩日期：2015年6月10日学位授予日期：2015年6月24日中国矿业大学（北京）独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国矿业大学（北京）或其他教学机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。关于论文使用授权的说明本人完全了解中国矿业大学（北京）有关保留、使用学位论文的规定，即：学

3、校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）.6摘要岩石节理的存在造成了岩体结构上的不连续和不均匀，进而显著地影响了岩石的力学性质以及振动、渗透以及热传导性能等。当冲击荷载产生的应力波在节理岩体中传播时，岩体节理、夹层等结构面会严重影响波的传播规律，导致波幅值的衰减、高频滤波、信号的延迟以及波传播速度的减慢，阻碍应力波的传播，加剧应力波能量的衰减。在采矿、公路、水利水电、石油等项目中，节理岩体作为边坡、硐室工程中最重要的介质，在爆破开挖等动态荷载作用下的动态响应特

4、征，将直接影响工程的安全和质量，很多的实际工程事故都是由于没有正确认识或不重视岩石中的不连续结构面的工程的影响造成的。因此，研究节理特征及其对岩石动态力学性状的影响，对岩土工程中动荷载作用下的稳定性分析、爆炸能量利用率的提高、爆破效果和防震设计的改善等都具有重要指导作用，也对国防建设和国民经济具有重大意义。本文从岩石中存在的节理、裂隙等不连续结构面出发，在深入分析研究国内外相关资料的基础上，首先，运用数学、力学的基本方法推导并获得应力波传播的基本方程；进而详细解析了有限长弹性杆撞击时的弹性波透、反射传播过程，包括不同介质界面波传播的透、反射系数计算公式等，在此基础上推导应力波斜

5、入射单节理的传播理论并得到此条件下应力波在节理面处的透、反射系数表达式以及入射能、反射能、透射能、耗散能的计算公式；然后，依据相似理论，用砂浆和石膏材料按节理几何特征模拟制作多种不同结构样式的节理岩石试件，并借助SHPB试验装置对节理岩石试件进行冲击试验，系统地研究了节理角度、节理充填材料及厚度、节理数目及间距以及应变率和加载速度对冲击荷载条件下岩石动态力学性状的影响规律，最终获得了一系列的研究成果，归纳后分为以下三个部分：（1）对人工形成的不同角度节理岩石试件进行冲击压缩动态试验，从能量传递、动态强度以及破坏形态角度分析节理角度对岩体中波传播性质的影响，并探索不同加载应变率对

6、含单条节理的岩石试件动力特性的影响规律。试验结论如下：a)对相同尺寸的完整试样进行不同速度下的冲击试验，确定用于能量分析的冲击速度范围。相同入射能条件下，和完整试件相比，0°倾角节理试件的反射能量比、透射能量比、能量耗散比基本和完整试件相等，这与静力学中岩石结构弱面对其强度的影响试验结论相符；当节理倾角从15°增加到60°时，反射能量比逐步提高，透射能量比逐渐下降，60°时反射能量比最大，是完整试件的1.56倍，透射能量比最小，只占完整试件的11.04%；而节理倾角为90°时，反射能量比下I降，透射能量比反而上升，占完整试件的40.46%；能量耗散比随节理角度呈波动变化，30°

7、时能耗比最大，约为完整岩石的2倍，60°时最小，基本和完整试件相等。b)节理角度在0°~30°范围变化时，反射能量比缓慢增加，从50.14%增加到55.13%，当节理角度从30°增加到60°时，反射能量比增加幅度也提高，从55.13%变为76.58%；当节理角度为90°时，反射能量比又降到58.29%。节理角度在0°~60°范围变化时，透射能量比逐步降低，60°时最小，总体由32.43%降到3.58%；但是，当节理角度为90°时，能量透射提高，透射能量比升为13.12%；节理角度在0°~30