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冻融循环条件下砂岩动态拉伸力学特性试验研究

         
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我国西部地区受冻融循环作用的影响较大,岩石在经历冻融循环作用后其内部温度应力造成岩石结构性损伤,岩石物理力学性质产生显著的变化,进而会影响岩石工程的安全性和可靠性。为研究冻融循环对岩石动态拉伸力学性能的影响,选用新疆典型寒冻地区砂岩,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同冻融循环次数(0、5、10、15、20和25次)后的试样进行动态巴西圆盘试验;并利用SEM电镜扫描和高速摄像机分析冻融循环对试样宏细观破碎特征的影响,在此基础上对冻融循环作用机制进行讨论。结果表明:冻融循环对砂岩动态抗拉强度有很大影响,冻融循环后试样结构损伤,力学性能劣化。随着冻融循环次数的增加,试样结构损伤和力学性能劣化加剧。动态抗拉强度随冻融循环次数的增加逐渐降低,循环25次之后,降低幅度约为50%。同一冻融循环次数下,动态抗拉强度具有明显的应变率增强效应。不同冻融循环次数后砂岩破碎特征差异明显,低应变率和高应变率下分别出现剥落式破坏和颗粒状粉碎破坏。从微观角度,冻融循环主要对岩石矿物颗粒、胶结物质、孔隙面积产生影响,削弱了岩石颗粒间的黏结力,同时在岩石内部产生不同形式的断裂裂纹;冻融循环作用产生的冻胀力与孔隙间水压力导致岩石内部出现损伤,使得宏观上表现出强度的下降。

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