孔隙介质中应力波传播机制的实验研究  

作　　者：鞠杨[1] 杨永明[1] 毛彦喆 刘红彬[1] 王会杰[1] 

机构地区：[1]中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083 [2]北京同宸建筑设计有限责任公司,北京100044

出　　处：《中国科学（E辑）》2009年第5期904-918,共15页Science in China(Series E)

基　　金：国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(批准号:2002CB412705);教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-05-0215);国家自然科学基金(批准号:10802092)资助项目

摘　　要：采用活性粉末混凝土和聚苯乙烯材料研制了具有与天然砂岩相似孔隙分布特征和物理力学性质的孔隙体模型,通过不同孔隙率模型的SHPB冲击实验和CT扫描实验观察和分析了孔隙体中应力波的传播特性以及传播过程中内部孔隙和固体介质的变化.研究表明:1)孔隙率显著影响应力波的传播特征.相同应变率时,孔隙率越大,反射波幅越大、波峰越多、透射波幅越小;孔隙率降至5%时反射波接近于单峰;应变率越高上述现象越明显;2)孔隙体的能量耗散率WJ/WI随孔隙率增加而线性增加,WJ/WI对应变率较敏感;3)应力波传播性质和能量耗散行为的差异与孔隙的演化机制有关.孔隙率低于10%时内部机制表现为固体介质破裂或形成新孔隙,应力波能量主要被消耗形成新开裂面或新孔隙,原有孔隙变形不大.此过程中应变率对改变孔隙形状的作用不明显;孔隙率高于15%时孔隙演化机制与应变率有关,低应变率时仍以固体介质开裂或形成新孔隙为主,但新增开裂面或新孔隙的数量相对较少;高应变率时内部结构变化同时存在固体介质开裂和孔隙变形两种机制,其中孔隙变形占较大比例,应力波能量大部分被消耗于孔隙变形,表明只有在高孔隙率和高应变率条件下内部孔隙才会发生明显的变形.孔隙离心率e可以较好地刻画应力波作用下孔隙的变形.

关 键 词：应力波 孔隙介质 传播机制 砂岩 孔隙 CT扫描 

分 类 号：TB302[一般工业技术—材料科学与工程]