【摘 要】
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在寒区,由于季节更替及昼夜温差较大,岩体受到水分以及冻融循环的双重影响。而寒区地下工程除了受到机械扰动外,还受到采用钻眼爆破产生的冲击。对此,研究岩石的静态力学特性对于寒区工程的研究已经不具有实际意义,而研究振动冲击对寒区岩石破坏形态以及波在传播过程中的能量变化对寒区工程具有重大的意义。同样,由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度,在冲击扰动的情况下极易发生脆性拉伸破坏,所以探究岩样在饱水条件以及冻融环
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:强扰动作用下煤矿深部硬岩多场耦合损伤演化及围岩失稳机理研究（项目编号:52074005）； 安徽省自然科学基金面上项目:THM耦合与动力扰动作用下深部岩石破坏机理试验研究（项目编号:1808085ME134）；
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在寒区,由于季节更替及昼夜温差较大,岩体受到水分以及冻融循环的双重影响。而寒区地下工程除了受到机械扰动外,还受到采用钻眼爆破产生的冲击。对此,研究岩石的静态力学特性对于寒区工程的研究已经不具有实际意义,而研究振动冲击对寒区岩石破坏形态以及波在传播过程中的能量变化对寒区工程具有重大的意义。同样,由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度,在冲击扰动的情况下极易发生脆性拉伸破坏,所以探究岩样在饱水条件以及冻融环境下的动态拉伸力学性能以及破碎机理和能量的变化对于寒区岩体工程的建设以及围护也同样重要。本文以安徽淮南八公山石灰岩为研究对象。测试了石灰岩在常温和经历冻融循环后试件的质量、体积、密度、纵波波速等基本物理指标,并对比分析了常温与经历不同冻融循环作用后石灰岩基本物理指标的变化规律。运用SHPB试验装置对不同冻融循环次数后的石灰岩试件进行了动态压缩以及动态拉伸动力特性试验研究。主要研究内容如下:1.研究不同冻融循环次数（0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100次）后试件的质量、密度、体积、开型孔隙率及纵波波速的变化规律,发现岩样的平均饱和质量增加率、密度呈持续增加的变化规律,平均体积变化率、纵波波速持持续减小的变化规律,开型孔隙率呈先增大后减小的变化规律。2.利用RMT-150B岩石力学测试系统对常温石灰岩试件进行静态单轴压缩试验,得到了静态应力-应变曲线图,并详细分析了应力-应变曲线的变化特征,与动态加载情况下全应力-应变曲线进行对比分析,发现动态加载情况下应变范围较小,未经历压密阶段就直接进入弹性阶段,塑性屈服阶段明显,岩样的破坏模式从脆性转变为弹性。3.利用SHPB试验装置开展了 8种加载速率的冲击压缩试验。分析了冻融循环作用次数对石灰岩物理性质的损伤演化特征,探讨分析了冻融循环作用后石灰岩试件的动态压缩力学特性和能量耗散规律,发现随着应变率的增大,动态弹模呈二次函数式增加,且岩样动态峰值强度随冲击速度增加呈三次函数式增加。发现岩样平均应变率与动态抗压强度均随着吸收能量的增大而增大。4.利用SHPB试验装置开展不同循环梯度相同冲击速度下的动态拉伸试验,探讨了饱水石灰岩试件的动态拉伸力学特性和能量耗散规律,分析加载率对冻融饱和石灰岩动态抗拉强度、破坏模式和耗散能密度的影响,发现饱和石灰岩动态峰值强度与加载率均随着冻融循环次数的增加而减小,而动态拉伸强度与加载率呈正相关。且随着加载率的上升,耗散能密度呈增长趋势,而动态拉伸强度也耗散能密度的增加而增加。5.利用高速摄影机观察分析了常温（25℃）和经历不同冻融循环次数作用后SHPB试验中石灰岩从变形到破坏的全过程,分析了其变形破坏特征,发现其破坏模式随着加载率的变化可大致分为两种,一种是岩样自中心位置沿着直径加载方向贯通出一条主裂隙,另一种是岩样的中心区域在剪切与拉伸裂纹的作用下形成了平行四边形。6.对冻融循环作用后石灰岩SHPB试验碎块进行筛分试验,得到了不同冲击气压下石灰岩试件的破碎块度平均粒径、分形维数,定量分析了石灰岩冲击破的特征,发现随着冲击气压的增大,岩样的破碎块度平均粒径呈持续下降趋势,而分型维数持续增大的变化规律。图[53]表[18]参[88]
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