混凝土与岩石类脆性材料的动态破坏机制研究.pdf

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2013年第7期(总第285期
混凝土
理论研究
Number 7 in 2013(Total No 285
Concrete
THEORFTICAL RESEARCH
doi:10.3969is.,1002-350.2013.07.006
混凝土与岩石类脆性材料的动态破坏机制研究
陈腾飞1,许金余12,刘石1,王鹏1
(1.空军工程大学机场建筑工程系,陕西西安710038;2.西北エ业大学力学与建筑工程系,陕西西安710072
摘要:通过SHPB(分离式霍普金森压杆)装置对混凝土和岩石进行五种不同应变率下的动态压缩试验,得出了两种材料的基
本动态力学参数,发现动态抗压强度、峰值应变都随应变率的增大而线性增加或呈二次函数増加,引入比能量吸收对材料的动态
破坏机制进行研究,得出两类材料的动态破坏机制实际上就是材料在吸收冲击荷载能量后的一个动态失稳过程,吸收的能量越
大,破坏越严重,且材料的能量吸收性质是由材料本身特性和应变率决定的。
关键词:混凝土;岩石;动态力学性能;破坏机制
中图分类号:TU528.01文献标志码:A文章编号:1002-3550(2013)07-0020-03
Study on the dynamic failure mechanism of concrete and stone brittle matericals
CHEN Tengfei, XU Jinyu 2, LIU Shi, WANG Peng
(1. Department of Airfield and Building Engincering, Air Force Engineering University, Xi'an 710038, China
2. College of Mechanics and Civil Engineerin Northwestern Polytechnic University, Xian 710072, China
Abstract: With the SHPB device do the dynamic compression test of concrete and stone under 5 different strain rates, figuring out the
basic dynamic mechanics paramcters could find that the dynamic strength and strain rate in a linear relationship, the peak strain and strain
rate with relationship of a quadratic function elation. It could use specific ener absorption o study the failure mechanism of specimens
and could draw a conclusion that the failure mechanism of this two materials actually was a dynamic instability process after the material
absorbing shock load energy, and the more energy it absorbing the more serious damage would be, in addition the energy absorption
propcrties of materials was determined by material itself characteristic and the strain rate.
Key words: concrete; stone; dynamic mechanical property; failure mechanism
0引言
其中水泥选用陕西耀县秦岭牌P?O42.5R级水泥,粉煤灰
选用韩城电厂F类(低钙川级粉煤灰,具体配合比见表1,
在工程实践中,经常会遇到混凝土材料与岩石材料的测得28d标准立方体平均抗压强度为60.45MPa,达到设
结合使用,例如机场道面工程、地基基础工程、矿山资源开计要求。
采等,因此对比研究混凝土和岩石类脆性材料的力学性质
表1普通硅酸盐混凝士的配合比
就能极大的满足实际工程的需要。目前,国内已有很多关于水水泥粉煤灰硅灰砂碎石高效减水剂
混凝土和岩石类材料的静力学特性研究,关于两类材料180375125256901030
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的动力学特性,也有很多学者进行了研究,但是系统的
岩石材料采用取自秦岭某工程未风化的天然砂岩,依
将两类材料结合起来对比分析混凝土和岩石的力学特性托该工程采用现场取样的方法获得,主要成分为石英、方解
的文献却很少见。将以普通硅酸盐混凝土和地下工程中常石,呈灰白色,具体矿物组成见表2。通过试验确定,该批砂
见的砂岩为研究对象,对比两类脆性材料在冲击荷载下的岩的平均密度为2.596kgm2,单轴抗压强度为59.69MPa,
动态力学性能,分析两类材料的动态破坏机制,为实际结劈裂抗拉强度为4.02MPa,软化系数为0.7946
构工程承受动荷载提供参考。
1.2试验设备及方法
试验介绍
混凝土和岩石的动态压缩试验采用100 mm SHIPB
分离式霍普金森压杆)装置,该试验设备主要由主体设备、
1.1试验材料
能源系统和测试系统三大部分组成。两类材料的试样经
混凝土材料采用普通硅酸盐混凝土,材料组分主要包ZS-100型立式取芯机进行钻芯取样,DQ-1型切割机切割
括:普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、碎石、砂、水和减水剂,SHM-200型双端面磨石机端面打磨等专门的加工工序精
收稿日期:2013-01-11
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51078350)