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本文利用室内超声波测试试验,研究了在100KN/s的准动态加载速率下,石膏试样单轴压缩过程中纵波波速随应力的变化关系;以及1KN/s、10KN/s、40KN/s和100KN/s四种不同加载速率下单轴压缩过程中石膏试样和粉砂岩试样的波速-应力变化特征。并通过波速变化特征,研究了准动态单轴压缩下石膏试样的损伤演化过程,定义了应力损伤阈值;以及加载速率和单轴抗压强度等因素对应力损伤阈值的影响。
试验研究发现:在准动态单轴压缩下,纵波波速随应力的增大呈现阶段性的变化,并与应力-应变过程的阶段性特征相对应,总体呈现先增后减的趋势,在减小区域又呈现不同的阶段。随加载速率的变化,单轴压缩下,石膏试样和粉砂岩试样的应力-波速曲线表现出相似的规律;然随加载速率的增大,纵波波速峰值点应力有增大趋势,峰值点波速增大,破坏点波速减小;峰值前波速增长速率随加载速率增大而减小,峰值后波速减小速率随加载速率增大而增大;试样的单轴抗压强度,弹性模量和试样的纵波峰值波速都随加载速率的增大呈二次方增大。
在准动态单轴压缩下,由试样的纵波波速变化特征可知:当应力值达到σ=0.75σc,试样轴向达到损伤阈值;当σ=0.65σ,试样横向达到损伤阈值,其误差在5%以内。试样的轴向裂纹早于横向裂纹发育,而破坏以轴向裂纹占优势,呈锥形破坏。
在准动态单轴压缩下损伤变量和应力满足D=A(σ/σc)3+B(σ/σc)2+C(σ/σc)-D0的二次方关系,损伤阈值和单轴抗压强度之间满足σD=0.747σc-0.534的线性关系。应力损伤阈值和单轴抗压强度的比值随加载速率增大而线性单调减小。