噴層混凝土-圍巖組合體波動(dòng)特性及動(dòng)力特性研究

郭東明， 閆鵬洋， 凡龍飛， 楊 俊， 薛 磊， 李妍妍

(1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083；2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

目前，我國(guó)煤礦的巖巷掘進(jìn)大主要采用鉆爆法施工，占巖巷掘進(jìn)施工的95%以上[1-2]，水乳炸藥、乳化炸藥等工業(yè)炸藥和毫秒雷管的發(fā)展，促進(jìn)了巷道爆破掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，尤其是巖巷中深孔爆破、光面爆破及定向斷裂爆破技術(shù)的發(fā)展[3-4]。鉆爆法具有操作方便、簡(jiǎn)單，施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是在巷道或隧道的爆破掘進(jìn)過程中，經(jīng)常采用交叉施工的方式提高爆破掘進(jìn)施工速度，封閉圍巖后，很快進(jìn)行下一階段的爆破施工，混凝土未經(jīng)過充分水化反應(yīng)，強(qiáng)度較低，而爆破掘進(jìn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生地震波、空氣沖擊波及飛石[5]，對(duì)早齡期混凝土及圍巖產(chǎn)生動(dòng)態(tài)沖擊作用。

人們很早就發(fā)現(xiàn)，混凝土與巖石沖擊荷載下的力學(xué)特性與靜態(tài)加載下的力學(xué)特性有較大區(qū)別，但是受試驗(yàn)設(shè)備的限制，僅能研究低應(yīng)變率下的動(dòng)力特性，限制了人們對(duì)相關(guān)問題的進(jìn)一步研究。SHPB試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，激發(fā)了學(xué)術(shù)界對(duì)混凝土及巖石動(dòng)力特性研究的熱情，促進(jìn)了學(xué)術(shù)界對(duì)混凝土及巖石動(dòng)力學(xué)廣泛、深入的研究，獲得了眾多科研成果。丁國(guó)博等[6]采用100 mm分離式霍普金森壓桿(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)試驗(yàn)裝置對(duì)齡期分別為12 h，24 h，36 h和28 d的聚苯乙烯混凝土(Expanded Polystyrene Board, EPS)的沖擊壓縮力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比研究。李夕兵等[7-12]利用大桿徑分離式霍普金森壓桿(SHPB)試驗(yàn)裝置分別對(duì)早齡期混凝土及巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)及損傷特性進(jìn)行了研究，認(rèn)為動(dòng)載下混凝土及巖石的強(qiáng)度均有較強(qiáng)的率依賴性，隨著應(yīng)變率的增大，兩者強(qiáng)度隨應(yīng)變率的增大而增大，擬合曲線與指數(shù)函數(shù)呈現(xiàn)較好的逼近效果。劉軍忠等[13]利用直徑為Φ100 mm SHPB試驗(yàn)裝置對(duì)角閃巖動(dòng)力特能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，角閃巖動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增強(qiáng)因子與平均應(yīng)變率對(duì)數(shù)近似呈線性關(guān)系，巖石破壞應(yīng)變基本上隨應(yīng)變率的增大而增大，初始彈性模量對(duì)應(yīng)變率不敏感。隨著SHPB技術(shù)應(yīng)用的推廣，一些學(xué)者將其用于應(yīng)力波傳播規(guī)律的研究中，也得到了相應(yīng)的研究成果[14-16]。

綜上所述，眾多學(xué)者對(duì)早齡期及巖石的動(dòng)力特性進(jìn)行了深入研究，成果頗豐，但是相關(guān)學(xué)者僅針對(duì)早齡期混凝土或巖石進(jìn)行單介質(zhì)動(dòng)力學(xué)問題的研究，針對(duì)噴層混凝土與圍巖黏結(jié)面近區(qū)的介質(zhì)而言，在沖擊作用下的動(dòng)力特性受到黏結(jié)面及兩相介質(zhì)差異的影響，與單介質(zhì)的動(dòng)力特性有明顯區(qū)別，但是相關(guān)研究少有報(bào)道。因此在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，本文采用SHPB試驗(yàn)技術(shù)，以早齡期噴層混凝土(3 d，7 d，10 d)與巖石黏結(jié)組合體為研究對(duì)象，探究齡期及沖擊速度對(duì)組合體試件應(yīng)力波傳播規(guī)律及其動(dòng)態(tài)力學(xué)特性的影響，以完善相關(guān)領(lǐng)域的研究，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有積極的指導(dǎo)意義。

1 SHPB試驗(yàn)設(shè)備及試件制備

1.1 SHPB試驗(yàn)系統(tǒng)

本文試驗(yàn)采用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)Φ75 mm分離式SHPB試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括: 動(dòng)力系統(tǒng)、撞擊桿(紡錘形子彈)、入射桿、透射桿、吸收桿及數(shù)據(jù)測(cè)試及記錄系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)沖擊過程中試件兩端面的應(yīng)力平衡，本文試驗(yàn)采用紡錘形子彈加載，入射波為單一的半正弦波，子彈長(zhǎng)度為540 mm，入射桿和透射桿長(zhǎng)度為3 000 mm，吸收桿長(zhǎng)度為800 mm，材質(zhì)均為高強(qiáng)度不銹鋼，密度為7 800 kg/m3，彈性模量為210 GPa。

圖1 SHPB試驗(yàn)裝置實(shí)物圖Fig.1 Object graph of SHPB experiment device

1.2 試件制備

試驗(yàn)中所用的早齡期混凝土為錨噴支護(hù)中常用的錨噴混凝土，配制混凝土的水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，砂子采用堅(jiān)硬耐久的粗砂，細(xì)度模數(shù)大于2.5，含泥量不大于3%，石子采用堅(jiān)硬耐久碎石，粒徑為5～10 mm，速凝劑摻量為水泥重量的3.75%,混凝土質(zhì)量配比為水泥∶砂∶石子=1∶2∶1.97，水灰比為0.46。

由于試驗(yàn)所需試件數(shù)量較多，現(xiàn)場(chǎng)取樣工作量大，且?guī)r樣離散性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較大，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)錨噴混凝土實(shí)際應(yīng)用情況并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)經(jīng)過多次試驗(yàn)，綜合考慮后本文試驗(yàn)巖樣選用四川某采石場(chǎng)紅砂巖。選取紅砂巖巖塊其中一面作為澆筑面，進(jìn)行沖洗、濕潤(rùn)后，將木模固定在巖塊周邊，將攪拌均勻后的混凝土澆筑在巖樣上，之后進(jìn)行振搗、抹平，1 d后拆模，然后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在養(yǎng)護(hù)過程中為避免水分對(duì)巖石部分強(qiáng)度的影響，因此在巖石部分外部包裹保鮮膜，之后進(jìn)行密封，然后放進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)至3 d時(shí)，使用Z1Z-FF-200立式取芯機(jī)鉆芯取樣，黏結(jié)面垂直于試件軸線，使用SHM-200雙端打磨機(jī)對(duì)試件進(jìn)行磨平，保證試件軸線偏差小于0.25°，端面平行度小于0.02 mm，平整度小于0.05 mm，滿足工程巖體試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

試件直徑為68 mm，混凝土和巖石的高度比為1∶1，經(jīng)過多次試驗(yàn)，3 d齡期時(shí)，試件高度在58 mm時(shí)，能夠滿足應(yīng)力平衡要求，因此本文試驗(yàn)試件尺寸最終為Φ68 mm×58 mm，混凝土和巖石高度均為29 mm，沖擊氣壓為6個(gè)，分別為0.6 MPa，0.62 MPa，0.64 MPa，0.66 MPa，0.68 MPa，0.7 MPa，圖2為加工后的部分組合體試件。由于本文研究的重點(diǎn)為噴層混凝土-圍巖組合體在爆炸空氣沖擊波及飛石等沖擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)問題，因此沖擊荷載施加方向從混凝土到巖石，試件布置圖如圖3所示。

試驗(yàn)所用紅砂巖的單軸抗壓強(qiáng)度為53.68 MPa，單軸抗拉強(qiáng)度為4.92 MPa，彈性模量為11.00 GPa，泊松比為0.24，早齡期混凝土及組合體的相關(guān)力學(xué)參數(shù)如表1所示。

圖2 部分組合體試件Fig.2 Part of the combined bodies

圖3 SHPB試驗(yàn)試件布置圖Fig.3 Specimen arrangement in the SHPB experiments

表1 早齡期混凝土及組合體力學(xué)參數(shù)Tab.1 The mechanical parameters of the early age concrete and the combined bodies

2 SHPB試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)波形變化規(guī)律

從圖4可以看出，隨著錐形子彈沖擊速度的增大，入射波波幅增大，反射波和透射波波幅均出現(xiàn)不同程度的增大，當(dāng)沖擊速度從5 m/s左右增大至7.8 m/s左右時(shí)，3 d，7 d，10 d齡期試件透射波峰值分別提高了13.13%，16.37%，40.77%，反射波峰值分別提高了66.09%，85.52%，43.03%。3 d齡期組合體試件的透射波波幅變化較小，而7 d齡期和10 d齡期試件的透射波波幅變化較大，說明3 d齡期組合體試件對(duì)應(yīng)力波的透射能力相對(duì)較差，這主要是由于: ①3 d齡期試件中混凝土中水泥水化反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，漿液與骨料間存在大量孔隙，內(nèi)部顆粒間黏結(jié)力及內(nèi)聚力相對(duì)較低，塑性變形能力強(qiáng)，混凝土波阻抗與入射桿波阻抗相差較大；②試件破壞過程中，混凝土部分要先于巖石部分破壞，所以3 d齡期的混凝土內(nèi)部黏結(jié)強(qiáng)度較低，內(nèi)部存在較多缺陷，應(yīng)力波傳播過程中，缺陷處易吸收入射能使得界面、孔隙、裂紋等缺陷開裂、擴(kuò)展，較大程度的削減了應(yīng)力波峰值。

圖4 不同齡期組合體試件波形圖Fig.4 Strain waves for the combined bodies with different ages

隨著齡期的增加，7 d和10 d的組合體試件內(nèi)部膠凝體及晶粒的數(shù)量、強(qiáng)度及膠結(jié)能力均得到大幅提高，從而使得混凝土波阻抗提高，組合體試件對(duì)入射波的透射能力提高。

2.2應(yīng)力波透射系數(shù)變化規(guī)律

不同沖擊速度下，入射桿和透射桿表面應(yīng)變片測(cè)得的入射應(yīng)變信號(hào)εI(t)、 反射應(yīng)變信號(hào)εR(t)和透射波應(yīng)變?chǔ)臫(t)， 定義λ透為透射系數(shù)，對(duì)不同齡期的沖擊波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到表2，λ透系數(shù)公式為

表2 不同沖擊速度下組合體試件應(yīng)力波透射系數(shù)Tab.2 The stress wave transmission coefficient of the combined bodies with different impact velocities

圖5為透射波峰值峰值應(yīng)變與沖擊速度的關(guān)系，可以明顯看出，隨著子彈入射速度的增大，不同齡期試件的透射波峰值應(yīng)變均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

對(duì)比不同齡期試件的透射波峰值應(yīng)變可以發(fā)現(xiàn)，7 d齡期和10 d齡期試件之間透射波峰值應(yīng)變兩者數(shù)據(jù)相差較小，而3 d齡期試件透射波峰值應(yīng)變則與前者相差較大，主要是由于混凝土與入射桿端面接觸，3 d齡期混凝土內(nèi)部水泥漿液與骨料間有較多孔隙，膠凝體數(shù)量較少、強(qiáng)度較低，導(dǎo)致混凝土波阻抗較小，根據(jù)應(yīng)力波傳播規(guī)律可知，相同入射條件下，透射波透射系數(shù)較小，所以透射波峰值較小。

圖5 沖擊速度與透射波峰值應(yīng)變關(guān)系Fig.5 The relationship between the impact velocity and the peak strain of the transmission wave

圖6為沖擊速度與透射系數(shù)的關(guān)系曲線，可以明顯看出，隨著沖擊速度的增大，不同齡期組合體試件應(yīng)力波的透射系數(shù)均減小，透射系數(shù)與沖擊速度具有較好的函數(shù)關(guān)系，3 d和7 d齡期試件的透射系數(shù)呈線性減小的變化趨勢(shì)，而10 d齡期試件透射不同系數(shù)呈指數(shù)函數(shù)變化趨勢(shì)，當(dāng)沖擊速度從5 m/s左右增大至7.8 m/s左右時(shí)，3 d，7 d，10 d齡期試件透射系數(shù)分別減小31.69%，29.01%，19.88%。

圖6 沖擊速度與透射系數(shù)關(guān)系Fig.6 The relationship between the impact velocity and the peak strain of the transmission wave

隨著沖擊入射能的增大，同一齡期試件透射系數(shù)減小的主要原因是: 入射波峰值增大后，能量更大的應(yīng)力波在試件內(nèi)多次來回傳播，將造成孔隙的坍塌破壞，驅(qū)動(dòng)混凝土及巖石內(nèi)部數(shù)量更多的微裂紋起裂、擴(kuò)展，貫通形成的破壞面數(shù)量也相應(yīng)增多，混凝土與巖石內(nèi)部的塑性變形及損傷程度增大，耗散的能量也隨之增多，最終導(dǎo)致入射波波幅及能量出現(xiàn)較大程度的衰減。

基于應(yīng)力波與噴層混凝土-圍巖組合體作用過程，透射系數(shù)的意義主要表現(xiàn)在兩方面: ①體現(xiàn)了組合體試件對(duì)應(yīng)力波峰值衰減的特性，受組合體材質(zhì)波阻抗、內(nèi)部損傷破壞程度影響較大；②對(duì)于同一齡期試件而言，透射系數(shù)與試件損傷破壞之間存在緊密聯(lián)系，透射系數(shù)從側(cè)面反映應(yīng)力波作用下，組合體試件內(nèi)部損傷破壞程度；透射系數(shù)越小，試件消耗應(yīng)力波的能量值越大，試件損傷破壞程度越大，反之，能量耗散量、損傷破壞程度相對(duì)較小。

從表2和圖6可以看出，相同沖擊速度下，隨混凝土齡期的增大，組合體試件單軸抗壓強(qiáng)度及整體穩(wěn)定性增大的情況下，應(yīng)力波透射系數(shù)呈增大的變化趨勢(shì)，說明組合體試件抵抗沖擊的能力增強(qiáng)，內(nèi)部損傷破壞程度隨齡期增大而減小。

2.3 組合體破壞規(guī)律研究

圖7為不同應(yīng)變率下不同齡期組合體試件的破壞特征，可以明顯看出，在應(yīng)變率45～75 s-1內(nèi)，試件混凝土周邊出現(xiàn)張應(yīng)變破壞，表現(xiàn)為周邊出現(xiàn)部分破碎以及明顯裂紋的現(xiàn)象，同時(shí)試件表面出現(xiàn)貫通混凝土與巖石的黏結(jié)面的軸向裂紋，如圖8(a)所示，產(chǎn)生此類裂紋的主要原因?yàn)槿肷錀U端部混凝土在沖擊作用下形成的碎塊，在軸向壓縮作用下碎塊端部極易出現(xiàn)應(yīng)力集中作用，應(yīng)力集中區(qū)域在碎塊尖端的楔入作用下開裂、擴(kuò)展，由于黏結(jié)面的存在，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至黏結(jié)面時(shí)，混凝土裂紋具有慣性作用，在裂紋兩側(cè)端面擴(kuò)展時(shí)，黏結(jié)力對(duì)巖石局部具有張拉作用，致使巖石產(chǎn)生與黏結(jié)面貫通的裂紋。

隨著組合體試件應(yīng)變率的增大，在80～90 s-1時(shí)不同齡期組合體試件的破壞程度及碎塊質(zhì)量明顯增大，試件主體呈錐形，破壞面呈倒“V”型，如圖8(b)所示，混凝土部分破壞范圍明顯增大，混凝土的碎粒粒徑主要分布在0～10 mm內(nèi)，試件黏結(jié)面處黏結(jié)面近區(qū)的混凝土由于黏結(jié)面黏結(jié)力環(huán)向約束作用，致使黏結(jié)面近區(qū)混凝土主要為滑移剪切破壞，同時(shí)試件的碎塊中出現(xiàn)了許多混凝土與巖石的黏結(jié)碎塊，碎塊大多呈雙錐或錐-平混合模式。碎塊混凝土的錐形面是由于軸向壓縮過程中入射桿端部混凝土端部橫向膨脹，而黏結(jié)面近區(qū)外側(cè)混凝土受到黏結(jié)力約束，橫向變形受抑制，在沖擊壓縮作用下，混凝土外側(cè)受到軸向沖擊作用與環(huán)箍作用下，外側(cè)混凝土發(fā)生剪切破壞，使得黏結(jié)碎塊形成錐形剪切破壞面?；炷帘粔嚎s破壞的同時(shí)，混凝土內(nèi)部破壞面大量形成的同時(shí)，會(huì)出現(xiàn)膨脹擴(kuò)容現(xiàn)象，黏結(jié)面近區(qū)巖石部分由于黏結(jié)力作用也會(huì)受到張拉作用，在膨脹張力以及黏結(jié)面的雙向作用下，巖石部分外側(cè)側(cè)向效應(yīng)相對(duì)較小，易出現(xiàn)張拉剝離破壞，形成雙錐或錐-平混合面形黏結(jié)碎塊，而巖石部分外側(cè)出現(xiàn)張拉破壞特征破壞面，使得試件主體呈現(xiàn)錐形。如圖8(b)所示，巖石周邊出現(xiàn)明顯的張拉破壞面，主要包括兩種情況的張拉破壞面，近似平行于沖擊荷載方向的張拉破壞面，如1號(hào)面所示，以及與試件軸向呈一定夾角的張拉破壞面，如2號(hào)面所示。

圖7 不同應(yīng)變率下試件的破壞形態(tài)Fig.7 Failure patterns of specimens at different strain rates

應(yīng)變率大于90 s-1時(shí)，試件主體部分塊度明顯減小，如圖8(c)所示，混凝土破壞程度增大，碎塊增多，主要為壓碎破壞，但是巖石單獨(dú)的破壞碎塊較少出現(xiàn)，主要與混凝土黏結(jié)形成黏結(jié)碎塊，巖石部分的破壞主要為軸向劈裂拉伸破壞，透射端巖石部分端面出現(xiàn)橫向變形，巖石端面出現(xiàn)張拉裂紋，隨著應(yīng)變率增大，巖石張拉裂紋快速擴(kuò)展，貫通試件黏結(jié)面。選取部分巖石破壞碎塊，借助SEM掃描技術(shù)，觀察巖石斷口微觀形貌，發(fā)現(xiàn)斷口形貌呈現(xiàn)穿晶破壞與沿晶破壞特征，結(jié)果如圖9所示。

圖8 試件破壞特征Fig.8 Failure characteristics of the specimens

2.4 組合體動(dòng)力特性研究

根據(jù)相關(guān)學(xué)者對(duì)巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)特性的研究成果可知，混凝土及巖石的峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變隨應(yīng)變率的增大而增大，根據(jù)本文試驗(yàn)結(jié)果，見圖10，可以明顯看出，不同齡期組合體等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線，在應(yīng)變率小于約80 s-1時(shí)，隨著平均應(yīng)變率的增大，不同齡期下組合體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的峰值應(yīng)力逐漸增大，峰值應(yīng)力處的峰值應(yīng)變隨之增大，但是隨著應(yīng)變率的繼續(xù)增大，峰值應(yīng)力仍呈增大趨勢(shì)，峰值應(yīng)變卻呈減小趨勢(shì)，主要是由于試件平均應(yīng)變率較小時(shí)，混凝土和巖石均受到軸向壓縮及黏結(jié)面環(huán)箍作用相對(duì)較小，試件的破壞范圍主要在混凝土周邊，中心部位仍然保留，組合體試件在軸向壓縮過程中，混凝土及巖石內(nèi)部裂紋、空隙被壓縮閉合，早齡期混凝土未破壞部分出現(xiàn)一定程度的壓密，使得峰值應(yīng)變相對(duì)較大；在較大沖擊速度下，由于時(shí)間較短，入射桿端部混凝土內(nèi)部裂紋、空隙等缺陷未能及時(shí)被壓縮閉合、開裂、擴(kuò)展，數(shù)量眾多微裂紋得以完全開裂，從而需要更多的能量來驅(qū)動(dòng)微裂紋的擴(kuò)展、貫通、形成破壞面，使得組合體試件強(qiáng)度增大，但是由于混凝土和巖石受到軸黏結(jié)面環(huán)箍作用增大，試件周邊的側(cè)向效應(yīng)增大，使得組合體試件峰值軸向應(yīng)變減小。

圖9 巖石斷口電鏡掃描圖Fig.9 SEM images for the rock fracture surfaces

圖10 不同應(yīng)變率組合體等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.10 The equivalent stress-strain curve of the combined bodies at different strain rates

對(duì)比3個(gè)齡期的等效應(yīng)力應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)，相對(duì)而言，3 d齡期組合體試件在破壞階段的曲線下降較為緩慢，表現(xiàn)出塑性材料的特性，這主要是由于3 d齡期混凝土具有較強(qiáng)的塑性變形能力，具有類似塑性材料的特性，尤其是在應(yīng)變率大于80 s-1后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)近似水平的平臺(tái)，說明混凝土對(duì)組合體試件動(dòng)力特性的影響較大。而7 d和10 d齡期組合體曲線破壞階段下降較為陡峭，應(yīng)變率大于80 s-1后，強(qiáng)度雖然持續(xù)增大，但是破壞應(yīng)變減小，表現(xiàn)出脆性材料的特性。

圖11為組合體動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨應(yīng)變率的變化曲線，可以看出不同齡期組合體試件動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨著應(yīng)變率的增大而增大。動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的增大主要有兩方面的原因: ①早齡期混凝土和巖石均是率敏感性材料，動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度均隨應(yīng)變率增大而增大，組合體試件中混凝土與巖石強(qiáng)度的增大將使組合體強(qiáng)度也相應(yīng)增大；②混凝土與巖石黏結(jié)后，黏結(jié)力對(duì)混凝土和巖石的側(cè)向產(chǎn)生環(huán)箍約束作用，隨著應(yīng)變率的增大，黏結(jié)面的側(cè)向約束作用及慣性效應(yīng)增強(qiáng)，試件周邊產(chǎn)生圍壓作用增大，從而使得組合體的強(qiáng)度增大。

圖12為動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子隨應(yīng)變率的變化曲線，可以明顯看出，動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子隨著應(yīng)變率的增大而增大，呈正相關(guān)關(guān)系，兩者之間具有冪函數(shù)或指數(shù)函數(shù)關(guān)系。

圖11 組合體動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨應(yīng)變率的變化曲線Fig.11 Dynamic compressive strength versus the strain rate of the combined bodies

圖12 組合體動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子隨應(yīng)變率的變化曲線Fig.12 Dynamic strength increase factor versus the strain rate of the combined bodies

從圖11和圖12可以看出，應(yīng)變率較小時(shí)，齡期3 d組合體試件的率敏感性較弱，隨著平均應(yīng)變率的增大，組合體試件的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度及動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子增大較慢，應(yīng)變率大于約70 s-1后，其對(duì)應(yīng)變率的敏感性迅速增大，而7 d和10 d齡期試件的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度及動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因子變化過程相對(duì)較為平穩(wěn)。

3 結(jié) 論

本文對(duì)不同齡期早齡期混凝土-巖石黏結(jié)組合體試件進(jìn)行SHPB試驗(yàn)，對(duì)早齡期噴層混凝土-圍巖組合體波動(dòng)及動(dòng)力特性進(jìn)行了研究，可以得到如下結(jié)論:

(1) 隨著沖擊速度的增大，反射波和透射波峰值增大，在相同沖擊速度下，3 d齡期組合體試件透射波峰值較7 d和10 d齡期小。

(2) 透射系數(shù)與沖擊速度及混凝土齡期密切相關(guān)， 隨著沖擊速度的增大，組合體試件透射系數(shù)呈現(xiàn)減小的變化趨勢(shì)；相同沖擊速度條件下，隨著混凝土齡期的增大，組合體試件透射系數(shù)增大。

(3) 在平均應(yīng)變率45～100 s-1內(nèi)，組合體試件的破壞程度逐漸增大，可以分為3個(gè)階段，第1階段——混凝土周邊張應(yīng)變破壞，試件周邊出現(xiàn)貫通黏結(jié)面的裂紋；第2階段——破壞試件呈錐形，出現(xiàn)雙錐或錐-平面混合型黏結(jié)碎塊，巖石部分出現(xiàn)張拉破壞面；第3階段——混凝土部分被壓縮破壞，巖石部分劈裂拉伸破壞，大量出現(xiàn)雙錐或錐-平面混合型黏結(jié)碎塊。

(4) 噴層混凝土-圍巖組合體試件具有應(yīng)變率依賴性，在應(yīng)變率小于約80 s-1時(shí)，隨著平均應(yīng)變率的增大，不同齡期組合體應(yīng)力-應(yīng)變曲線的峰值應(yīng)力及峰值應(yīng)變呈逐漸增大，應(yīng)變率大于80 s-1，峰值應(yīng)力仍呈增大趨勢(shì)，峰值應(yīng)變卻呈減小趨勢(shì)，3 d齡期組合體試件表現(xiàn)出塑性材料特性，而7 d和10 d齡期試件表現(xiàn)出脆性材料特性。