单轴压缩情况下软岩的动态力学特性试验研究((3)

　　本文对软岩(砂浆模拟材料)进行了动态单轴压缩实验，结果表明，试样的抗压强度随应变速率的增加有较明显的增加趋势，增加幅度大于硬岩(如花岗岩)。同时，与硬岩(如花岗岩)的弹性模量和泊松比随应变速率的增加变化幅度不大相比，随着应变速率的增加，软岩的弹性模量以及泊松比均有增加的趋势，但增加幅度小于强度的增加幅度。基于岩石动态力学特性实验研究，国内外研究人员作了大量的工作致力于揭示岩石材料的动态力学特性机理。例如，grady[7]提出了一种假设。他认为，岩石材料内部存在的裂纹的扩展和聚合是岩石材料破坏的根本原因，在低应变速率下，仅仅那些能在低应力水平下被激活的裂纹发生扩展，这些裂纹的扩展和聚合使得岩石材料在应力水平达到能使其他裂纹扩展之前已经发生破坏, 因此岩石材料具有较低的强度；而在高应变速率下，在那些在低应力水平下被激活的裂纹聚合之前，应力已经达到一个较高的水平，这时需要很多裂纹参与扩展，消耗外力功，从而导致岩石材料的强度的增加。grady[7]也认为，岩石材料的脆性会随着应变速率的增加呈现增加的趋势。

　　在grady [7]的工作之后，masuda[9]等人于1987年发现花岗岩材料在压缩载荷作用下的ae (acousmic emmision)率随加载速率的增加而增加。由于材料的ae率是材料破坏过程中裂纹扩展的直接结果，masuda等人[9]的结果实际上也表明了在动载荷情况下多裂纹参与了材料的破坏。另外，swan等人[12]对油页岩破坏后的sem(scanning electronic microscopy)观察结果表明，在低应变速率下，岩石试样的破坏面由大尺寸的裂纹构成，而在高应变速率下，破裂面由许多细小的裂纹构成，因此，masuda和swan的观察结果也grady的假设相符。

　　图6、7为代表性试样破坏后的式样破裂面的sem实验照片(应变速率分别为：10^-5s^-1和10¹s^-1)，可以看出，随着应变速率的增加，试样的破碎程度和裂隙发育程度增加。表明，随着应变速率的增加，更多裂纹参与扩展，导致软岩强度随应变速率的增加。因此，在动载荷作用下，软岩的应变速率效应机理与硬岩是一致的。

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　　图6 试样破裂面sem照片(应变速率：10^-5s^-1、试样编号: 45)

fig6 sem photo of the sample failure surface (strain rate: 10^-5s^-1, sample no:45)

　　图7 试样破裂面sem照片(应变速率：10¹s^-1、试样编号:17)

fig.7 sem photo of the sample failure surface (strain rate: 10¹s^-1, sample no: 17)

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