, 费东阳, 孙浩珲, 崔易仑 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064
收稿日期：2020-12-28
基金项目：国家自然科学基金资助项目(41807245，41790443，41927806)；陕西省自然科学基础研究项目(2019JQ-218)；陕西省重点研发计划项目(2018ZDXM-SF-024，2019ZDLSF07-07，2017ZDCXL-SF-03-01-01)；重庆市基础研究与前沿探索专项(cstc2018jcyjAX0361)；中国博士后科学基金资助项目(2020M683244)。
作者简介：许江波(1985-)，男，河南林州人，长安大学副教授，博士生导师。
摘要：采用SHPB装置研究不同节理倾角千枚岩在同一冲击速度下的能量传递规律和强度衰减特征，分析干燥与饱和状态下节理千枚岩的动力学特性.结果表明：节理倾角0°时强度最大，60°时强度最小，饱和状态下千枚岩峰值动强度降低，延性增强；千枚岩的反射能显著大于透射能，且随着节理倾角变化，两者增长变化规律相反；饱和状态下反射能和透射能达到稳定阶段出现时间滞后现象；随着节理倾角的增大，千枚岩反射能比先增后减，透射能比、耗散能比则变化相反，倾角60°时反射能比最大，透射能比、耗散能比最小；随着节理倾角的增长，千枚岩破坏耗能与峰值强度均呈U型分布.
关键词：SHPB试验节理千枚岩能量耗散动力学特性动强度透射能比
Energy Transfer and Dynamic Characteristics of Jointed Phyllite
XU Jiang-bo
, FEI Dong-yang, SUN Hao-hui, CUI Yi-lun School of Highway, Chang'an University, Xi'an 710064, China
Corresponding author: XU Jiang-bo, E-mail: xujiangbo@yeah.net.
Abstract: A SHPB device was conducted to investigate the energy transfer law and strength attenuation characteristics of phyllite with different joint angles under the same impact velocity. Dynamic characteristics of jointed phyllite under dry and saturated conditions was also analyzed. The results showed that the maximum strength is at 0°, and the minimum strength is at 60°. The peak dynamic strength of the phyllite is reduced and the ductility is enhanced under saturated state. The reflection energy of phyllite is significantly greater than the transmission energy, and these laws of the reflection energy and the transmission energy are opposite with the varying joint angle. The lag phenomenon occurs in the time required for the reflection energy and the transmission energy to reach the stable stage under saturated state. As the joint angle increases, the reflection energy ratio of phyllite increases first and then decreases, and the growth trend of transmission energy ratio and dissipation energy ratio are opposite. When the joint angle is 60°, the reflection energy ratio is the largest and the transmission energy ratio and the dissipation energy ratio is the smallest. With the increase of the joint angle, the energy dissipation and peak strength is U-shaped.
Key words: SHPB testjointed phylliteenergy dissipationdynamic characteristicsdynamic strengthtransmission energy ratio
近年来，为服务国民经济发展的需要，我国交通基础设施的建设不断向中西部山区扩展，中西部地区千枚岩分布广泛，在兰新线的乌鞘岭隧道、兰渝铁路的木寨岭隧道等项目的建设过程中，频频见到千枚岩.千枚岩具有千枚状构造，质地软，遇水易泥化，整体稳定性较差，无自稳能力，工程性质不良，然而基础设施建设过程中不可避免地会产生爆破、冲击等动载荷，这为千枚岩工程建设带来了更大的挑战，因此研究千枚岩的动力学问题具有重大的现实意义.
千枚岩作为一种非均质、各向异性的材料，在长期的地质条件作用下，内部会产生大量的节理, 当应力波传播到岩石内部的节理时，应力波会发生反射和透射，由此会导致应力波及其能量的不断衰减.一方面，千枚岩结构面发育受风化及构造影响，岩体完整性较差，各向异性特征更加突出，应力波在节理千枚岩中的传播更为复杂；另一方面，千枚岩的失稳破坏与水有着密不可分的关系，水对岩体的劣化作用不可忽视.
节理对应力波传播的影响以及其本身的动态特性始终是众多****深耕的研究方向.鞠杨等[1-2]通过分析岩石内部不规则的结构面对应力波传播的影响，得到了岩石能量耗散比与节理分维值的近似表达公式；Ramamurthy[3]对特定定位角β (0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°) 下的3种千枚岩岩样开展单轴压缩试验，由此提出各向异性度的概念.陈新等[4]、李淼[5]发现：节理的连通率一定，节理倾角α=90°的岩体强度、弹性模量最高，节理倾角α=30°，60°时最低；李娜娜等[6]发现接触面积的大小明显影响波的传播性质；彭瑞东等[7]和刘石等[8-9]研究了岩石动态破坏过程中能量的种类及其对岩石变形破坏的不同作用；冲击载荷下，Shan等[10]发现花岗岩峰值前阶段的应力-应变曲线具有十分显著的跃进特征.马芹永等[11]采用霍普金森试验系统开展了充填型软弱贯通节理砂岩在不同倾角时的动态力学性能及其破坏规律的研究.胡健等[12]对花岗岩、砂岩和石灰岩开展了动力学试验，研究不同岩石的能耗特征.Li等[13-15]研究了节理岩石的力学参数，以及入射波参数对应力波在岩石中传播及能量耗散的影响.Li等[16]使用霍普金森压杆系统研究了花岗岩动力学特性，发现花岗岩吸收的能量主要通过形成新的断裂面实现消耗.
岩石的水力学性能研究也引起了国内外广泛的关注.席道瑛等[17]推导了大理岩、砂岩动态本构关系，以及岩石在干燥、饱水、饱油条件下的衰减系数.张欢[18]研究了低温含水砂岩的动力学特性及能量耗散特征.胡滨等[19]建立了与应力状态密切相关且考虑岩石扩容的岩石水损伤变量的演变方程.王斌等[20]发现：风干的砂岩动态屈服应力与其静态条件下比较相近，而饱水砂岩动态屈服应力要比其静态条件下增加了近2倍.周阳等[21]通过压缩试验研究了饱水绿泥石千枚岩不同片理倾角的软化系数，其中在倾角30°时软化系数最小.赵建军等[22]研究了不同饱水条件下千枚岩的软化效应.充分考虑水分迁移、水冰相变因素的影响后，王述红等[23-24]建立了寒区隧道水-热耦合问题的联合微分方程.
从上述研究中发现，对不同节理岩体在动态冲击下的力学性能、能量耗散规律的研究主要以砂岩、花岗岩、片岩、石灰岩等岩石为研究对象，针对千枚岩的相关研究较少.针对水对岩石物理、力学性能的影响，以往主要采用静态试验装置开展研究，对动态加载情况下的研究较少.因此，本文利用分离式霍普金森压杆试验装置对不同节理倾角的千枚岩开展冲击动力学试验，研究不同节理倾角千枚岩在相同冲击速度下的能量传递规律及强度特征，分析试样耗能与强度之间的关系.并从能量的角度，分析干燥与饱和状态下不同节理倾角千枚岩的能量时程曲线的差异，以及反射能比、透射能比、耗散能比的变化规律.
1 试验方案1.1 试样情况采用在江西九江市G532线况家巷段钻探所取千枚岩试样作为研究对象，探讨节理倾角对能量传递的影响，对比分析干燥与饱和两种状态下千枚岩试样的冲击动力响应.定义α为节理与水平面夹角，如图 1所示，选取节理倾角α依次为0°，15°，30°，45°，60°，75°和90°的千枚岩试样开展试验.
图 1(Fig. 1)
 | 图 1 节理倾角示意图Fig.1 Schematic diagram of joint angle |
如表 1所示，岩石薄片分析发现，岩样主要由石英和绢云母组成，其次有碳质和金属矿物等.石英分细粒和微量两种，以微量为主；绢云母呈鳞片状，定向分布；碳质呈尘点状，分布于石英、绢云母颗粒中及其粒间，分布比较均匀.
表 1(Table 1)
 表 1 千枚岩矿物成分(质量分数)Table 1 Mineral composition of phyllite(mass fraction)
| 表 1 千枚岩矿物成分(质量分数) Table 1 Mineral composition of phyllite(mass fraction) |
霍普金森压杆(SHPB) 冲击试验中，岩样会产生惯性及端部效应，相关研究表明：惯性效应为0时，岩样的长径比应控制在0.5左右，因此本文试样长径比为0.5∶1，千枚岩试样直径50mm、长度25mm.两端表面平行度在0.05mm以内，表面平整度在0.02mm以内，在试样与钢杆接触面上涂抹凡士林以减小摩擦.
根据DL/T—2015水电水利工程岩石试验规程，本次试验选用烘箱将千枚岩试样以110 ℃的温度烘烤48 h制备干燥岩样.采用真空饱和法，吸水4 h制备饱和岩样.
1.2 试验设备试验采用直径为50mm的SHPB钢杆进行单轴冲击压缩试验，试验装置简图如图 2所示.撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆材料一致，均为高强度弹性钢，钢杆弹性模量为210 GPa，密度为7 800 kg/m3，波速为5 124 m/s，屈服强度≥1 200 MPa，撞击杆长度0.4 m，入射杆、透射杆长度均为2.5 m.SHPB试验装置冲击速度由气压控制，对不同节理倾角千枚岩试样分别进行0.15 MPa气压下的动态冲击压缩试验.为进一步减小波形弥散，选用直径20mm的橡胶片作为整形片，最终获得的波形图如图 3所示.在入射杆与透射杆的中部位置分别粘贴应变片用以测量冲击载荷下的应变值.
图 2(Fig. 2)
 | 图 2 分离式SHPB试验装置图Fig.2 Separate SHPB test device |
图 3(Fig. 3)
 | 图 3 SHPB试验应力波形示意图Fig.3 Schematic diagram of SHPB test stress waveform |
1.3 试验原理SHPB试验的基本原理是建立在2个基本假设基础上，即一维假设和均匀假设[25].据此，可以直接利用一维应力波理论，采用三波法确定试件材料的平均应变率
 | (1) |
鉴于SHPB试验岩样较多，现选取干燥状态下倾角15°时的应力波形检验试样应力平衡[25]，从图 4中可以看到：入射和反射应力的叠加波形与透射应力波形基本重合，验证了试样前后界面的应力能够达到基本平衡.
图 4(Fig. 4)
 | 图 4 试样应力平衡检查Fig.4 Specimen stress balance checking |
在SHPB试验中，为进行能量计算，假设能量在入射杆、透射杆之间传播时没有能量损失，分别对入射波、反射波和透射波进行能量积分，以此来计算试样的损伤耗能.
 | (2) |
2 动强度分析图 5为不同状态下千枚岩应力-应变关系曲线图，从图中可知：依据节理倾角，千枚岩动强度按照从高到低大致可分为三类强度水平: 第一类α=0°时动强度最高; 第二类α=15°，75°，90°时次之; 第三类α=30°，45°，60°时动强度水平较低，其中α=60°的动强度最低.同时，不同的节理倾角，岩石的应力-应变曲线趋势存在一定的差异.倾角α=0°，15°，75°和90°时，千枚岩达到峰值强度后，其峰后应力-应变曲线下降趋势基本一致，曲线较陡，表现出一定的脆性，此时千枚岩的破坏主要由岩石基体控制，岩石发生动态压缩破坏.倾角α=30°，45°和60°时，千枚岩峰后应力-应变曲线下降趋势较为缓和，此时千枚岩破坏方式转化为由节理控制为主，岩石破坏时，节理上下部分的岩块发生错动，出现了一定的剪切滑移，岩石发生了剪切破坏.
图 5(Fig. 5)
 | 图 5 不同状态下千枚岩应力-应变关系曲线图Fig.5 Compressive stress-strain relationship curves in different states (a)—干燥状态；(b)—饱和状态. |
含有不同节理倾角千枚岩的动弹性模量显著不同.当倾角α=0°时，动弹性模量最大，当倾角α=60°时，动弹性模量最小，结合前面分析，这是由于倾角α=60°时，千枚岩试样变形过程中节理发生剪切滑动，导致变形相对较大，动弹性模量较小.
对比图 5a与图 5b可以发现：饱和状态下，不同倾角岩样的应力-应变曲线的离散性、差异性更大，水对不同倾角下千枚岩的力学性质的影响存在较大的差异，其中倾角α=30°时，饱和状态下岩样首先出现了滑移现象，倾角α=60°时，饱和状态下岩样的弹性模量变小，使得千枚岩的性质趋于复杂化.
从图 6可以看出，在同一加载气压下，干燥状态下的千枚岩峰值抗压强度明显大于饱和状态试样.饱和状态下，千枚岩峰值抗压强度出现不同程度的衰减，降幅在9.32%~15.19%之间.在α从0°增加到60°时，强度降低幅度逐步增大，α=60°时，峰值强度降低幅度最大，达到15.19%；在α从60°增加到90°时，强度降低幅度又逐渐减小，α=90°时，降低幅度为12.15%.
图 6(Fig. 6)
 | 图 6 干燥、饱和状态下岩石应力-应变对比Fig.6 Stress-strain relationship curves under dry and saturated conditions (a)—α=30°；(b)—α=45°；(c)—α=60°；(d)—α=75°；(e)—α=90°. |
从图 6可以发现，干燥与饱和状态下千枚岩试样的峰前应力-应变曲线基本重合或平行，即初始弹性模量基本不变，千枚岩具有较好的线弹性变形特性，千枚岩在达到峰值应力前的弹性模量对水不敏感.与干燥状态下相比，饱和状态下千枚岩试样峰后应力-应变曲线下降较为缓和，延性增强.在薄片分析中，石英、绢云母为千枚岩的主要组成成分，且岩石中碳质成分质量分数接近8%.在应力-应变初始阶段，千枚岩的强度主要由石英、绢云母组成的主体结构控制，水的影响有限，弹性模量基本保持不变.千枚岩中所含碳质遇水易软化，饱和状态下，将显著降低千枚岩的峰值强度；岩石达到峰值强度后，主体结构对岩石强度的控制作用受到进一步的削弱，碳质遇水软化，增加了岩石的延性.
3 能量分析在SHPB试验中，无论是干燥状态还是饱和状态，能量的变化过程都呈现三段式增长，不同节理倾角千枚岩能量增长过程一致，以倾角α=0°时的能量时程曲线为例来说明变化过程，如图 7所示.第一阶段：低速增长阶段，随着时间的增加，入射波、反射波和透射波的能量逐渐开始低速增长；第二阶段：高速增长阶段，入射波、透射波、反射波的能量呈线性增长；第三阶段：稳定阶段，增长到某一时段入射波、反射波、透射波的能量都趋于稳定.应力波产生的能量为能量时程曲线对时间的积分，反映在图中即为能量时程曲线与横坐标时间所围成的面积.具体来看，试验中入射波能量大于反射波与透射波能量之和，前后两者之差即为岩石冲击过程中的破坏耗能.
图 7(Fig. 7)
 | 图 7 α=0°千枚岩能量时程曲线图Fig.7 Time-history curves of energy of phyllite at α=0° |
高速增长阶段同一时间点，饱和状态下岩样的能量要小于干燥状态下，这是由于水对能量传递的延缓作用，但在稳定阶段，饱和状态与干燥状态能量水平基本一致，水的影响很小.
由图 8可知：干燥状态下，不同节理倾角的千枚岩在能量时程曲线的快速增长阶段，入射能、反射能曲线的增长率变化较小，基本保持一致.在能量时程曲线的稳定阶段，入射波能量水平差距不大，仅随气压产生较小波动，稳定在520 J左右，反射能、透射能则随节理倾角变化显著，且反射波能量、透射波能量在变化规律上相反, 即: 当倾角α=0°时，反射波能量最低，而透射波能量最高；倾角α=60°时，反射波能量最高，透射波能量最低.从能量水平上看，稳定阶段各节理倾角的反射波能量水平集中在200~450 J范围内，透射波能量水平集中在5~120 J范围内，总体上反射波能量要显著大于透射波能量.
图 8(Fig. 8)
 | 图 8 干燥条件下不同节理倾角能量时程曲线图Fig.8 Time-history curves of energy of different joint angles under dry conditions (a)—入射能；(b)—反射能；(c)—透射能. |
从图 9可知：饱和状态与干燥状态下，千枚岩能量时程曲线稳定阶段的能量水平具有一致性；在快速增长阶段，不同倾角千枚岩的增长曲线具有较大的离散性和差异性，而且倾角α=45°，60°，75°，90°的能量时程曲线的增长起步时间出现了滞后.水对不同倾角千枚岩能量变化的影响主要体现在能量传递上，使千枚岩能量传递趋于复杂.
图 9(Fig. 9)
 | 图 9 饱和状态下不同节理倾角能量时程曲线图Fig.9 Time-history curves of energy of differentjoint angles under saturated state (a)—入射能；(b)—反射能；(c)—透射能. |
从干燥与饱和状态下千枚岩反射波能量时程曲线可知：依据节理倾角，能量时程曲线稳定阶段大致可以分为三类：第一类是倾角α=30°，45°，60°，反射波能量最高; 第二类是倾角α=15°，75°，90°，反射波能量次之; 第三类倾角α=0°，反射波能量最低.这与上述千枚岩的动强度特性相一致.
定义能量增长滞后时间为饱和状态与干燥状态能量达到稳定阶段所需时间的差值.由图 10可知，与干燥状态下相比，饱和状态下反射波和透射波均出现了明显的滞后现象，反射能和透射能滞后时间均随着节理倾角的增大逐渐上升.反射能和透射能滞后时间在倾角α=90°时达到最大值，反射能最大滞后时间为99 μs，透射能最大滞后时间达到132 μs.水的存在使得千枚岩能量时程曲线的增长产生滞后，从而延长了试样的冲击时间，增强了千枚岩的延性.
图 10(Fig. 10)
 | 图 10 饱和状态下不同节理倾角能量增长滞后时间图Fig.10 Lag time diagram of energy growth of different joint angles under saturated state |
4 千枚岩破坏耗能与强度关系分析为减小入射波能量随冲击气压浮动对试验结果的影响，在进行节理千枚岩能量分析时采用比值法，用ER/EI，ET/EI，ED/EI分别表示反射能ER、透射能ET和耗散能ED占总入射能的比例，称为反射能比、透射能比和耗散能比.对不同节理倾角千枚岩在冲击载荷下的能量进行计算，获取各倾角千枚岩反射能比、透射能比、耗散能比的变化规律，如表 2所示.
表 2(Table 2)
表 2 不同节理倾角千枚岩反射能比、透射能比及耗散能比与峰值强度Table 2 Reflection, transmission and dissipation energy ratio and peak intensity of phyllite with different joint angles
| 表 2 不同节理倾角千枚岩反射能比、透射能比及耗散能比与峰值强度 Table 2 Reflection, transmission and dissipation energy ratio and peak intensity of phyllite with different joint angles | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
由表 2可知，干燥状态下，当倾角α从0°增加到60°时，ER/EI逐步提高，从39.18%增长到85.03%，ET/EI逐步下降，从20.72%降低到1.30%；倾角α从60°增加到90°时，ER/EI又开始下降，ET/EI上升.倾角α=60°时，ER/EI最大，是α=0°的2.17倍，ET/EI最小，只占α=0°的6.27%.ED/EI随节理倾角也呈先减小后增大的趋势，倾角α=0°时，ED/EI最大，达到40.11%，倾角α=60°时，ED/EI最小，仅为13.67%.饱和状态下与干燥状态下，千枚岩反射能比、透射能比、耗散能比的曲线走向基本相同，ER/EI和ET/EI较干燥条件出现微增长，ER/EI增长幅度在1.5%~3.8%之间，ET/EI增长幅度在10.5%~16.3%之间，ED/EI出现下降，降低幅度为9.1%~16.4%.水对千枚岩试验中反射能比、透射能比、耗散能比影响有限.
从图 11可知：干燥与饱和状态下，节理千枚岩动态破坏的峰值强度及耗散能均随节理倾角的变化呈U型分布.倾角α=60°时，峰值强度最低.千枚岩的内摩擦角通常为35°左右，依据摩尔库仑理论，当节理与最大主应力面为45°+?/2(?为岩石内摩擦角)时，节理最容易发生剪切破坏，千枚岩软弱破坏面约为62.5°，与试验结果比较吻合.千枚岩试样倾角α从0°增加到60°时，峰值强度及耗散能逐渐下降，倾角α从60°增加到90°时，峰值强度及耗散能又出现增长.倾角α=0°时，峰值强度最大，此时耗散能最大；倾角α=60°时，峰值强度最小，仅为α=0°的37.19%，此时耗散能最小，仅为α=0°的33.83%.当加载方向与倾角方向垂直(α=0°) 千枚岩强度最高，耗散能最高，此结论与李地元等[26]对砂岩的动态抗拉研究获得的结论相反.饱和状态下，耗散能与峰值强度都出现微下降，耗散能下降幅度为9.30%~15.18%，峰值强度下降幅度为9.32%~15.19%.随着节理倾角的变化，耗散能与峰值强度的降幅基本同步，在倾角α=60°时下降幅度均最大.
图 11(Fig. 11)
 | 图 11 耗散能、峰值强度与节理倾角关系Fig.11 Relationship between the change of dissipated energy, peak strength and the joint angles |
从本文的研究中发现，千枚岩在倾角α=0°时，峰值强度最高，此时岩石耗散能最大，反射能最小；在倾角α=60°时，峰值强度最低，此时耗散能最小，反射能最大，分析原因是反射能大，使得加载过程中岩石受到二次损伤，岩石发生破坏所需要消耗的能量将减少，且此时岩石破坏主要由岩石节理控制，发生剪切滑移，降低了岩石动强度.倾角α=60°时的千枚岩最易受到破坏.本文从能量的角度揭示了不同节理倾角千枚岩动态强度变化的机理以及水对千枚岩动力特性的影响，加深了对千枚岩的认识.对千枚岩强度及能量随节理倾角变化的研究，在千枚岩隧道爆破施工、工程支护中都具有参考价值.
5 千枚岩宏观破坏分析利用高速相机，分别记录α=0°，30°，60°，90°岩样冲击压缩破坏全过程，将千枚岩的破坏过程分为初始状态、破裂初期、破裂加剧和完全破坏4个阶段(如图 12~图 15所示).
图 12(Fig. 12)
 | 图 12 α=0°千枚岩破坏过程图Fig.12 Failure process of phyllite at α=0° (a)—初始状态；(b)—破裂初期；(c)—破裂加剧；(d)—完全破坏. |
图 13(Fig. 13)
 | 图 13 α=30°千枚岩破坏过程图Fig.13 Failure process of phyllite at α=30° (a)—初始状态；(b)—破裂初期；(c)—破裂加剧；(d)—完全破坏. |
图 14(Fig. 14)
 | 图 14 α=60°千枚岩破坏过程图Fig.14 Failure process of phyllite at α=60° (a)—初始状态；(b)—破裂初期；(c)—破裂加剧；(d)—完全破坏. |
图 15(Fig. 15)
 | 图 15 α=90°千枚岩破坏过程图Fig.15 Failure process of phyllite at α=90° (a)—初始状态；(b)—破裂初期；(c)—破裂加剧；(d)—完全破坏. |
从图中可知：当α=0°时，千枚岩的破坏起始于一条主裂缝，裂缝垂直于0°层理方向，千枚岩发生贯穿层理的压致张裂，由于α=0°时强度较大，千枚岩在动态冲击破坏后，试件仍较为完整，沿一条主裂缝破碎成两块；在α=30°时，千枚岩发生穿越层理的剪切滑移，破坏起始于一条垂直于层理方向的主裂缝，随后周围裂缝逐渐发展、贯通，剪切破碎成碎块；在α=60°时，发生沿60°层理方向的剪切滑移破坏，破坏面都沿着层理方向.在加载初期，沿着试件的中轴线两侧对称出现多条沿层理方向的裂缝，随后沿层理方向的裂缝逐渐增多、扩张，导致千枚岩沿层理方向破坏；在α=90°时，裂缝初期也以沿着试件的中轴线两侧对称出现，随后伴随冲击压缩破坏的加剧，出现多条沿层理方向的裂缝，导致千枚岩发生沿层理的拉伸劈裂.
6 结论1) 节理倾角α=0°时，千枚岩动强度最高，α=15°，75°，90°时次之，此时千枚岩的破坏主要由岩石基体控制，为动态压缩破坏.α=30°，45°，60°时，千枚岩动强度处于最低水平，其中α=60°时动强度最低.此时千枚岩破坏由节理控制为主，产生剪切滑移破坏.
2) 饱和状态下，千枚岩峰值动强度降低，延性增强；千枚岩能量时程曲线快速增长阶段的曲线离散性更大，水对千枚岩的影响体现在能量传递上；千枚岩反射波和透射波到稳定阶段所需时间均出现滞后现象，且滞后时间随着节理倾角的增大而增大.
3) 随着节理倾角的增加，ER/EI呈先增加后减小的规律，ET/EI与ED/EI则先减小后增大，倾角α=60°时反射能比最大，岩石受到更大的二次损伤.随着节理倾角的增长，千枚岩破坏耗散能与峰值强度均呈U型分布，倾角α=60°时千枚岩最易受到破坏.
参考文献
| [1] | 鞠杨, 李业学, 谢和平, 等. 节理岩石的应力波动与能量耗散[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(12): 2426-2435. (Ju Yang, Li Ye-xue, Xie He-ping, et al. Stress wave propagation and energy dissipation in jointed rocks[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(12): 2426-2435. DOI:10.3321/j.issn:1000-6915.2006.12.007) |
| [2] | 夏昌敬, 谢和平, 鞠杨. 孔隙岩石的SHPB试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(5): 896-900. (Xia Chang-jing, Xie He-ping, Ju Yang. SHPB test on porous rock[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(5): 896-900. DOI:10.3321/j.issn:1000-6915.2006.05.004) |
| [3] | Ramamurthy T. Engineering properties of phyllite[J]. Engineering Geology, 1993, 33: 209-225. DOI:10.1016/0013-7952(93)90059-L |
| [4] | 陈新, 廖志红, 李德建. 节理倾角及连通率对岩体强度、变形影响的单轴压缩试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2011, 30(4): 781-789. (Chen Xin, Liao Zhi-hong, Li De-jian. Uniaxial compression test of influence of joint inclination and connectivity on rock mass strength and deformation[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(4): 781-789.) |
| [5] | 李淼. 节理岩体的动态力学特性及应力波传播特征的试验研究[D]. 北京: 北京科技大学, 2018. (Li Miao. Experimental studies of dynamic constitutive properties of jointed rock masses: analysis of stress waves[D]. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2018. ) |
| [6] | 李娜娜, 李建春, 李海波, 等. 节理接触面对应力波传播影响的SHPB试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(10): 1994-2000. (Li Na-na, Li Jian-chun, Li Hai-bo, et al. SHPB experimental study on the influence of joint contact on stress wave propagation[J]. Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2015, 34(10): 1994-2000.) |
| [7] | 彭瑞东, 谢和平, 鞠杨. 砂岩拉伸过程中的能量耗散与损伤演化分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2007, 26(12): 2526-2531. (Peng Rui-Dong, Xie He-Ping, Ju Yang. Analysis of energy dissipation and damage evolution in sandstone tensile process[J]. Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2007, 26(12): 2526-2531. DOI:10.3321/j.issn:1000-6915.2007.12.019) |
| [8] | 刘石, 许金余, 刘军忠, 等. 绢云母石英片岩和砂岩的SHPB试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2011, 30(9): 1864-1871. (Liu Shi, Xu Jin-yu, Liu Jun-zhong, et al. SHPB experimental study of sericite quartz schist and sandstone[J]. Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(9): 1864-1871.) |
| [9] | 刘石, 许金余, 刘军忠, 等. 绢云母石英片岩和砂岩动态破坏过程的能量分析[J]. 地下空间与工程学报, 2011(6): 1181-1185. (Liu Shi, Xu Jin-yu, Liu Jun-zhong, et al. Energy analysis of dynamic failure process of sericite quartz schist and sandstone[J]. Journal of Underground Space and Engineering, 2011(6): 1181-1185.) |
| [10] | Shan R L, Jiang Y S, Li B Q. Obtaining dynamic complete stress-strain for rock using the split Hopkinson pressure bar technique[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2000, 37(6): 983-992. DOI:10.1016/S1365-1609(00)00031-9 |
| [11] | 马芹永, 苏晴晴, 马冬冬, 等. 含不同节理倾角深部巷道砂岩SHPB动态力学破坏特性试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2020, 39(6): 1104-1116. (Ma Qin-yong, Su Qing-qing, Ma Dong-dong, et al. Characteristics of dynamic failure of sandstone containing weakly filled joint with various angles in deep roadway under split Hopkinson pressure bar tests[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2020, 39(6): 1104-1116.) |
| [12] | 胡健, 宫凤强, 贾航宇. SHPB压缩试验中红砂岩的力学与能量耗散特性研究[J]. 黄金科学技术, 2020, 28(3): 411-420. (Hu Jian, Gong Feng-qiang, Jia Hang-yu. Research on mechanical and energy dissipation characteristics of red sandstone in SHPB compression test[J]. Gold Science and Technology, 2020, 28(3): 411-420.) |
| [13] | Li J C, Li N N, Li H B, et al. An SHPB test study on wave propagation across rock masses with different contact area ratios of joint[J]. International Journal of Impact Engineering, 2017, 105: 109-116. DOI:10.1016/j.ijimpeng.2016.12.011 |
| [14] | Li J C, Ma G W. Analysis of blast wave interaction with a rock joint[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2010, 43(6): 777-787. DOI:10.1007/s00603-009-0062-0 |
| [15] | Li J C, Rong L F, Li H B, et al. An SHPB test study on stress wave energy attenuation in jointed rock masses[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2019, 52: 403-420. DOI:10.1007/s00603-018-1586-y |
| [16] | Li X B, Lok T S, Zhao J. Dynamic characteristics of granite subjected to intermediate loading rate[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2005, 38(1): 21-39. DOI:10.1007/s00603-004-0030-7 |
| [17] | 席道瑛, 郑永来, 张涛. 大理岩和砂岩动态本构的实验研究[J]. 爆炸与冲击, 1995, 15(3): 259-266. (Xi Dao-ying, Zheng Yong-lai, Zhang Tao. Experimental study on dynamic constitutive of marble and sandstone[J]. Explosion and Shock, 1995, 15(3): 259-266.) |
| [18] | 张欢. 低温含水砂岩动态压缩力学性能试验研究[D]. 淮南: 安徽理工大学, 2018. (Zhang Huan. Experimental study on dynamic compression mechanical properties of low temperature water-bearing sandstone[D]. Huainan: Anhui University of Science and Technology, 2018. ) |
| [19] | 胡滨, 康红普, 林健, 等. 水对树脂锚杆锚固性能影响研究[J]. 煤矿开采, 2013, 18(5): 44-47, 51. (Hu Bin, Kang Hong-pu, Lin Jian, et al. Influence of water on anchorage properties of resin bolt[J]. Coal Mining Technology, 2013, 18(5): 44-47, 51.) |
| [20] | 王斌, 李夕兵, 尹土兵, 等. 饱水砂岩动态强度的SHPB试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(5): 1003-1009. (Wang Bin, Li Xi-bing, Yin Tu-bing, et al. SHPB experimental study on dynamic strength of saturated sandstone[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2010, 29(5): 1003-1009.) |
| [21] | 周阳, 苏生瑞, 李鹏, 等. 绿泥石千枚岩力学性质及其饱水劣化机制[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2020, 31(1): 95-101. (Zhou Yang, Su Sheng-rui, Li Peng, et al. Mechanical properties of chlorite phyllite and its degradation mechanism under saturated state[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2020, 31(1): 95-101.) |
| [22] | 赵建军, 解明礼, 李涛, 等. 饱水条件下千枚岩软化效应试验分析[J]. 工程地质学报, 2017, 25(6): 1449-1454. (Zhao Jian-jun, Xie Ming-li, Li Tao, et al. Softening effect of phyllite with water saturation[J]. Journal of Engineering Geology, 2017, 25(6): 1449-1454.) |
| [23] | 张泽, 王述红, 杨天娇, 等. 寒区隧道围岩水热耦合数值分析[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2020, 41(5): 635-641. (Zhang Ze, Wang Shu-hong, Yang Tian-jiao, et al. Numerical analysis on hydro thermal coupling of surrounding rocks in cold region tunnels[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 2020, 41(5): 635-641.) |
| [24] | 杨天娇, 王述红, 张泽, 等. 寒区隧道围岩水热力耦合数值分析[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2019, 40(8): 1178-1184. (Yang Tian-jiao, Wang Shu-hong, Zhang Ze, et al. Numerical analysis on thermo-hydro-mechanical coupling of surrounding rocks in cold region tunnels[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 2019, 40(8): 1178-1184.) |
| [25] | 王礼立. 应力波基础[M]. 北京: 国防工业出版社, 2005. (Wang Li-li. Stress wave foundation[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2005.) |
| [26] | 李地元, 邱加冬, 李夕兵. 冲击载荷作用下层状砂岩动态拉压力学特性研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(10): 2091-2097. (Li Di-yuan, Qiu Jia-dong, Li Xi-bing. Experimental study on dynamic tenslie and compressive properties of bedding sandstone under impact loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2015, 34(10): 2091-2097.) |
