摘要：随着中国能源资源开采逐步向深部转移,采用浅部参数研究深部问题、采用静态参数研究动态问题会造成工程设计时的科学依据不足。由于黏土的初始应力状态对其动力学性质有显著影响,本文采用长时、分级、高压固结方式模拟黏土的原始应力赋存环境;采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置对侧限条件下的高压固结黏土进行峰值应变率范围为200~800 s^(–1)的冲击压缩试验,分析了黏土应力记忆效应、应变率效应和动态压缩过程。结果表明:黏土的应力历史影响了其动态压缩过程,试样依次经历压实段、线弹性加载段、线性卸载段;在动载下,黏土压实段与线弹性加载段应力拐点的均值为3.8 MPa,与先期固结应力4.2 MPa具有相关性,且压实段应变均值约为试样破坏应变的33%。采用200和300 mm的短子弹进行冲击加载时,黏土试样未发生稳定的塑性变形;分析应力–应变率曲线发现,黏土的压实过程吸收了一部分动载能量,使其无法持续进行动态压缩行为,但进入动态压缩阶段后黏土受子弹长度影响较小;黏土试样动态加卸载段模量随应变率同步增加,但加卸载模量的比值稳定在0.45左右,表明更高的冲击速度没有造成试样进一步损伤,这与冲击后的宏观破坏现象及塑性变形分析相互印证。针对软弱、松散颗粒体材料,高压固结方式为研究其动力学性质提供了一种思路。

摘要：为研究斜井井筒采用冻结法施工穿过松软含水黏土层时,冻结壁失稳、冻结管破坏与黏土强度、黏土变形之间的关系,以黏土为试验对象,通过高压固结仪还原深部黏土受压变形过程,利用SHPB试验装置对无侧限、有侧限条件下的黏土试件进行不同应变率加载,借助高速摄影机拍摄黏土试件的变形破坏过程。研究结果表明:无侧限条件下,黏土试件变形大,被压成“薄饼状”,但仍具有一定的承载力,且存在透射信号差的问题;黏土试件以环刀作为侧限约束,环刀起到被动围压的作用,试件透射信号幅值明显增大,侧限条件下试件的峰值应力、应变与应变率呈正相关的关系;侧限条件下引入岩石类材料损伤变量D,通过分析损伤变量D随应变的演化规律,发现在相同应变比条件下,冲击速度越大,则D值越小,试件的压实程度越高;侧限条件下黏土具有明显的回弹现象,试件的回弹量随着平均应变率的增大而增大,黏土的回弹作用会对井筒、冻结管产生预压力,对其稳定性产生负面影响。