海下飽水腐蝕岩石動力學特性及累積損傷機理研究

《海下飽水腐蝕岩石動力學特性及累積損傷機理研究》是依託重慶大學，由彭康擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：海下飽水腐蝕岩石動力學特性及累積損傷機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭康
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

隨著海下礦產及空間資源的開發利用，海底下的岩石工程越來越多，在海下採礦或海底隧道開挖中的頻繁爆破等動力擾動，相當於一種針對岩石飽水腐蝕作用後的動力衝擊載入過程。依據這一特點，首先通過巨觀物理參數與細觀特徵參量之間的關係，確定飽水腐蝕後岩石的損傷變數定義和定量表征方法，研究不同腐蝕程度對岩石初始損傷程度的內在影響機制；在此基礎上，系統進行飽水腐蝕岩石的衝擊動力學試驗，研究海下飽水腐蝕岩石的動態破裂行為、強度規律和動力學特性；然後進一步開展循環衝擊試驗，結合損傷力學理論和岩石細觀損傷結構分析，獲得飽水腐蝕岩石的動態損傷演化規律；最後建立適用於飽水腐蝕岩石在動力擾動下的本構關係和破壞準則，進一步開展數值模擬研究，揭示飽水腐蝕岩石的動態損傷破壞機理，從而為海下岩石工程的災害控制和安全開挖提供理論依據。

結題摘要

本項目為了解並掌握海底飽水條件下不同腐蝕程度的花崗岩的力學回響特性以及在動荷載擾動下的損傷特性。通過現場取樣，並製備乾燥、半飽和、飽和三種不同含水狀態的岩石芯樣並進行常規物理特性測試，首先對不同含水狀態岩芯進行CT微觀分析，建立微觀損傷關係，並從常規力學實驗試驗中得出岩石強度與飽和係數之間的關係，得出不同含水量岩石的物理力學參數。隨後，採用SHPB裝置對三種不同含水狀態岩石芯樣進行單軸壓縮實驗，得到岩石芯樣在4種較低衝擊能量和4種較高衝擊能量的單次作用下以及在單一較低能量不同衝擊次數下的動力學回響特性，對比不同飽和係數岩石芯樣的實驗數據，得到相關規律。實驗完成後，採用CT機對受到衝擊並發生損傷的岩石芯樣進行測試，得到不同含水岩石的損傷特性以及相關規律。最後，從理論分析以及數值模擬的角度對飽水岩石的破壞進行研究，得出不同含水岩石發生破壞的規律。主要結論如下：芯樣在不同含水量情況下的岩石密度、波速隨著飽和係數的增加而增加，岩石強度則隨著飽和係數的增加而減小。採用SHPB裝置研究不同飽和係數岩石芯樣的動力學特性可知，含水量越大，岩石的動態回響越強烈，但動態強度越低。而由循環衝擊試驗可知衝擊次數的增加導致岩石平均應變率的增加，而強度則有著不同程度的減小，隨著衝擊能量越大，衝擊次數越高，岩石孔隙度增加值越大。但在大的衝擊能量及較多衝擊次數作用下，除了破壞處，岩石內部出現了明顯的斑紋，說明出現了裂隙或孔隙度集中增加的現象。通過模擬得出，在相同衝擊能量作用下，岩石層裂厚度及破壞程度隨岩石含水量的增加而增加。通過上述研究，揭示飽水腐蝕岩石的動態損傷破壞機理，從而為海下岩石工程的災害控制和安全開挖提供理論依據。