冲击荷载作用下干湿循环石灰岩拉伸破坏特性试验研究

来源：振动与冲击杂志2024年第24期北京时间：

作者：段继超，宗琦，高朋飞，汪海波，吕闹，王浩，程兵,

单位：1.安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南232001；2.安徽理工大学化工与爆破学院，安徽 淮南232001

摘要：为研究干湿循环和应力率对石灰岩动态拉伸性能的影响，利用分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统，对不同干湿循环等级的石灰岩试样开展动态劈裂试验，结合超高速相机、数字图像相关法（DIC）以及裂纹分析工具FracPaQ，探究应力率、干湿循环作用对试样应变场演化、裂纹扩展、能量耗散以及分形维数的影响规律。研究结果表明：冲击荷载作用下，试样主应变集中域和主裂纹率先出现在试样中心并沿其径向发育，次生裂纹产生在试样与压杆的接触端，裂纹之间充分发育、交汇，贯穿形成破碎面，试样最终发生破坏；干湿循环0次试样在133.48、149.79、174.36、234.91 GPa•s-1应力率下主裂纹张开速度分别为84.67、94.83、101.50和105.67 m/s，最大主裂纹张开速度随着应力率的增加而增大；基于FracPaQ软件对试样破坏裂纹进行分析发现，在主裂纹张开早期，试样水平方向上主裂纹对应的归一化长度占主导地位，垂直方向上裂纹对应的归一化长度随着主裂纹张开宽度的增加及次生裂纹的扩展而增大；随着干湿循环次数的增加，试样次生裂纹逐渐发育，导致垂直方向上裂纹对应的归一化长度逐渐增大；石灰岩拉伸破坏过程中试样断裂轨迹长度与角度的关系符合高斯函数；随着应力率的增大，试样抗拉强度增大，导致其发生破坏时所需吸收能增加，并伴随着分形维数的增大；随着干湿循环次数的增加，岩样承载能力下降，其发生破坏时所需吸收能减小，同时分形维数明显增大。<br>

关键词：动态拉伸；干湿循环；数字图像相关法（DIC）；裂纹扩展；断裂痕迹；分形维数