应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应VIP免费

第22卷第11期岩石力学与工程学报22(11)：1807～18102003年11月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringNov.，20032003年3月3日收到初稿，2003年6月19日收到修改稿。*地震科学联合基金、教育部高等院校博士学科点专项科研基金(10003)联合资助项目。作者席道瑛简介：女，1940年生，现任教授、博士生导师，主要从事岩石物理及本构模型方面的教学和科研工作。Email：xdy@ustc.edu.cn。应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应*席道瑛刘小燕张程远(中国科学技术大学地球及空间科学系第三世界科学院地球科学及天文学高级研究中心合肥230026)摘要南京砂岩、合肥砂岩在频率为0.5～25Hz的循环加载实验中取得了滞回曲线，其非稳定部分主要由加工硬化阶段产生的微损伤引起，且滞回曲线随频率的增高朝稳定滞回圈发展，随循环数增加，滞回圈由稀变密，滞回圈面积减小。从3方面阐明了循环加载的应变硬化和软化响应：在恒应力控制下轴向应变幅值减小，应变振幅随应力振幅的增大逐渐增大，随应变振幅的增大其模量减小。关键词岩石力学，非线性滞回圈，微细观损伤，应变硬化分类号O347.1，TD315文献标识码A文章编号1000-6915(2003)11-1807-04STRAINRESPONSEOFCYCLICHARDENINGUNDERFATIGUELOADINGONSATURATEDROCKXiDaoying，LiuXiaoyan，ZhangChengyuan(DepartmentofEarthandSpaceScience，UniversityofScienceandTechnologyofChina；AdvancedCenterforEarthScienceandAstronomy，USTC，ThirdWorldAcademyofScience，Hefei230026China)AbstractThroughthecyclicloading(0.5～25Hz)experimentonNanjingandHefeisandstone，itisfoundthattheunstablebehaviorofhysteresisismainlycausedbymicro-damagesgrowinginprocessing-hardeningperiod.Itisobservedthathysteresisloopsbecomesmallandstableasfrequencyorcyclicnumberincreasing.Theeffectsofstrainhardeningandsofteningaresuggestedonthebasisofstrain-amplitudedecreasingunderconstantstress，strain-amplitudeincreasingwithstress-amplitudeincreasing，andmodulusdecreasingwithstrain-amplitudeincreasing.Keywordsrockmechanics，nonlinearhysteresisloop，microscopicdamage，strainhardening1前言岩石是一种或多种矿物的集合体，有很强的非线性弹性行为，而且呈现滞回特性，文[1]将这种由不同成份组成的非均匀材料的模型的宏观弹性性质与许多细观的滞回弹性单元联系起来，再利用这种细观的模型单元，采用统计学的方法导出材料的动态力学性质以及准静态下的力学行为，并将它的准动态特性与波的传播联系起来。由波动方程可以推出波传播过程分为两个部分：一是非滞回线性部分，另一为滞回非线性部分，二者相位差90°。可以认为滞回是非线性衰减的原因。文[2]对Palisade辉绿岩和Westerly花岗岩进行循环差应力实验时，当差应力超过或近似等于85%的破坏强度时，其体积膨胀，这是非线性行为的表现；在某些方面它们又显示更典型的准弹性行为。准弹性行为由记忆性特征表示。在膨胀岩石中，当回到先前的差应力状态时，这种记忆性由闭合的材料性质滞回圈所证明。在体积膨胀时，花岗岩和辉绿岩表现出不连续记忆。文[3，4]在单轴应力循环时，对饱和沉积岩的频率和应变振幅效应在4种液体饱和的Berea砂岩中观测到应力-轴向应变曲线的较大的滞回圈，还探讨了在沉积的颗粒状岩石中衰减的机制，即衰减的•1808•岩石力学与工程学报2003年粘滑滑动和颗粒接触粘着滞后。孔隙空间中饱和液体的类型和颗粒接触对应力-应变曲线滞后有一个大的影响。文[5～7]研究了在岩石中循环加载的效应以及岩石在循环疲劳下的力学特征，研究了峰值压力与破坏时间或破坏时的循环数。文[8]研究了膨胀各向异性和在大的循环加载时岩石的响应。他们得出在最初几个周期和最后几个周期损伤破坏迅速增加，而在大多数循环周期中，损伤破坏很小。文[9]研究了岩石的滞回数学模型。文[10]从数学和控制论的观点研究了滞回模型。文[11]在0.005～4Hz频率范围内，对干燥、饱水、饱泵油和泵油加沥青4种类型的砂岩、大理岩进行了垂直层理和平行层理2个方向的正弦波加载试验，研究了饱和砂...