摘要
为评价冲击荷载下花岗岩残积土的损伤发展规律,基于不同振幅(A = 100 ～400 kPa)、频率(f=3 ～15 Hz)和围压(σ'3 =50 ～500 kPa)下室内循环冲击试验得到滞回曲线的形态特征,提出4个反映试样在冲击荷载下的能量消耗、损伤程度、刚度衰减和塑性应变发展特性的定量结构损伤参数:累积耗散能量EN、累积损伤度dN、刚度退化度δN和残余塑性应变εN.借助各参数的演化规律和相互关系实现了冲击损伤的定量评价,并提出试样的损伤与破坏机理.结果表明,高振幅(A =400 kPa)、低频及超高频(f=3或15 Hz)的冲击荷载作用下EN增长迅速,试样的dN较大.相同频率和围压下高振幅试样的dN为低振幅试样(A =200 kPa)的9.5倍,同等条件下高频和超高频试样的dN也比中等频率(f =10 Hz)试样的dN高出24％.更高的损伤度引起试样刚度衰减更加严重,发生破坏试样的δN普遍超过0.65.这进一步导致试样εN快速发展,最终产生破坏.高围压(σ'3 =500 kPa)下试样能量耗散慢,dN较小,δN仅为低围压(σ'3 =50 kPa)的13％,因此抵抗冲击变形的能力也增强.根据试验结果指出,冲击荷载下试样的变形与破坏实质上是冲击能量耗散引起的土体结构损伤,从而导致的刚度衰减进而产生宏观塑形变形累积的综合体现.工程中应尽可能避免采用高振幅与低频率及超高频率荷载冲击土体,必要时可通过挤密加固土体有效防范冲击荷载的危害.研究有助于深化冲击破坏机理的理解,为我国花岗岩残积土地层的施工与设计提供技术指导.
基金项目
国家自然科学基金(41972285)
国家自然科学基金(41672293)
国家自然科学基金(11672320)
中国科学院青年创新促进会项目(2018363)
湖北省杰出青年基金(2020CFA103)
地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室开放基金(SKLGP2020K024)
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