低温下饱水粉砂岩的动态力学特性及本构模型研究

摘要: 寒区工程岩体常常受到动力荷载以及低温联合作用的影响,研究低温条件下岩石的动态力学响应对于寒区岩土工程建设有着十分重要的意义。围绕低温岩石动力学特性及损伤机理等问题,首先将饱水粉砂岩试样冻结至不同的负温水平(-10～-50 ℃),然后采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统对低温饱水试样开展动力冲击试验,研究不同低温和不同应变率下饱水粉砂岩试样的变形特征和动力学性能演变规律,最后基于Z-W-T非线性黏弹性模型构建了考虑应变率和低温效应的冻结粉砂岩动态本构模型。结果表明:试样的裂纹闭合应变随着应变率的增加而增大,而弹性应变和塑性应变随应变率没有明显变化规律; 动态弹性模量和压缩强度随着温度的下降呈现先增大后减小的趋势,且在-30 ℃达到最大值; 冻结岩石力学性能取决于其内部的水、冰混合物含量以及由此产生的弱化和强化联合作用; 提出的考虑应变率和低温效应的动态本构模型可以较好地拟合应变率下(大于150 s^-1)冻结粉砂岩的全阶段应力应变关系。