爆破工程地质及岩石与构件材料的性质(15) - 雅安市经济和信息化局
爆破工程地质及岩石与构件材料的性质(15)
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②、孔隙率的影响:因为孔隙率是土单位体积中的孔隙体积,即所含水及空气的体积,故土中所含的水和空气对压缩有重大的影响。
土中含水量的多少,影响压缩的难易,在开始压缩时,最佳的含水量使介质易于压缩,在巨大压力作用时,由水及固体颗粒所提供的压缩量是很小的,这是由于水和固体颗粒是难于压缩的。很明显,土压缩时主要的压缩值是由所含空气体积的大小提供的,孔隙中所含空气量大时,所提供的压缩必然较大,反之较小。
当压力超过几百或几千大气压时,非饮和土的性质便类似于饱和土,因为此时孔隙中的空气所占部分都被水和固体所占据,其总的压缩量除大部由空气含量3提供外,还要考虑水和固体颗粒的压缩。对于压力较大、而密闭空气含量(3)较小的饱和土中,其静与动压缩曲线事实上是近于重合的。此时,对砂类土和粘土类土,如果两种土中密闭空气含量相同时,其压缩曲线也是相近的,它说明在这种情况下,土的颗粒组成和固体颗粒的密度,对压缩的影响较小。
我们知道波速与应变是成平方反比的关系(=-P/0D2)。波速大的压缩性小,波速小的压缩性大,反之亦然。对不同压缩性的土也遵循这一规律。含气量和含水量值直接影响介质的压缩,因此也影响波的速度。对于饱和土。3对波速的影响很大,3数值的微量变化,也会引起速度值显著的变化。
(4)、爆炸压缩的两种机理
由于爆炸时间是瞬时的,压力是巨大的,因此土中各组成部分均产生相应的体积变化。由于爆炸的瞬间性,它们不像长期作用的静荷载那样使孔隙中的水转移(从孔隙中压出并渗出体外),因此动压缩有着不同于静压缩的机理。主要有两种形式的机理。
①、作为三相介质考虑。对于饱和土的压缩作用主要是这种机理,试验证明,在高压时非饱和土也可近似地看成为多相介质,即把土考虑为空气、水和固体矿物颗粒等三相组成的混合物,其体积的压缩性与三相组成有关,每相组成的压缩性是按照该相在自然状态下压缩所遵循的规律,其中空气含量3是压缩性最大的,3的增加使得整体压缩有较大的增加,并使压缩曲线接近轴。
②、第二种压缩机理是考虑土固体骨架的压缩性。骨架的压缩性依赖于固体颗粒间的粘结性,粘结性越强,对固体颗粒错位需要较大的力,非饱和土在适度力作用开始阶段主要表现这种机理。在爆炸作用初期,主要由固体骨架承受压力,在作用时间为毫秒分之几的第一阶段发生薄膜破坏和压缩,局部凸出的颗粒本身受压缩,以及处于较小稳定状态的颗粒移动;在此以后,作用时间为几十毫秒的第二阶段就发生带摩擦的基本位移和紧硬颗粒重新排列。随着骨架的破坏和压实,其它相如水和高度压密的气体,也提供反作用力。即此时类似第一种机理的三相介质更多的提供反力,而骨架相应较少的提供反力。
实际上两种压缩性机理和两个应力状态是同时存在土中的。一般情况,外力是由骨架的反压力和作为三相介质考虑的土的反作用所共同平衡的。
(5)、动压缩曲线的状态方程式
据不同学者的研究和试验,目前已给出多种形式的状态方程,它们适应各种不同的研究目标。这里仅介绍一各高压作用下土的状态方程。对较宽范围的岩土动力压缩可写成如下形式的方程式:
P=B[(/0)n-1], MPa (1-2-10)
其中,B=(0 C12/n )×10-3, MPa (1-2-11)
式中,0─土的初始密度,kg/m3;
C1─土体中的声速,m/s;
n─指数,对固体等于4。
这样,当在试验室求出0和C1时,再求出B便可代入(1-2-10)式得出动压缩状态方程式。需要注意的是,C1是土体中的波速,它与室内通过同一介质的杆中测的波速C0是不同的,C1C0,它们的关系可由下式确定:
C0/C1=(1+μ)×(1-2μ)/(1-μ) (1-2-12)
此处为泊桑系数。
对某种密实的砂质粘土的试件,其波速与密度相应为1200~1500m/s和2.01~2.07×103kg/m3,代入(1-2-11)式,可得B=103MPa,此时这种砂质粘土的压缩曲线方程式可以写成如下型式:
P=[(/0)4-1] ×104 , MPa (1-2-13)
其它不同类型的土(石),可以用类似方法确定其动压缩曲线的方程式。
 

                                                                                                       

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