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不同饱水度红砂岩静态本构关系及动态力学性能研究
摘要：
本文针对不同饱水度红砂岩的力学性能进行研究，采取半圆形剪切试验和单轴压缩试验来探究其静态本构关系及动态力学性能。结果表明，不同饱水度下红砂岩的力学性能有明显差异，随着饱水度增加，强度和刚度逐渐降低；动态力学性能呈现出明显的非线性特性，其动态刚度与其静态刚度存在明显差异，同时随着荷载速率增加，动态应力强度依次递减。此外，本文还对红砂岩的损伤特征进行了研究分析，提出了相应的理论和方法，对工程实践具有一定的指导意义。
关键词：红砂岩；饱水度；静态本构关系；动态力学性能；损伤特征
Abstract：
Inthispaper,themechanicalpropertiesofdifferentsaturationdegreesofredsandstonewerestudied,andthestaticconstitutiverelationshipanddynamicmechanicalpropertieswereinvestigatedbysemi-circularsheartestanduniaxialcompressiontest.Theresultsshowthattherearesignificantdifferencesinthemechanicalpropertiesofredsandstoneunderdifferentsaturationdegrees.Withtheincreaseofsaturationdegree,thestrengthandstiffnessdecreasegradually.Thedynamicmechanicalpropertiesshowobviousnonlinearcharacteristics,andthedynamicstiffnessissignificantlydifferentfromthestaticstiffness.Meanwhile,withtheincreaseofloadingrate,thedynamicstressstrengthdecreasesinturn.Inaddition,thispaperalsostudiedandanalyzedthedamagecharacteristicsofredsandstone,andputforwardcorrespondingtheoriesandmethods,whichhavecertainguidingsignificanceforengineeringpractice.
Keywords:Redsandstone;Saturationdegree;Staticconstitutiverelationship;Dynamicmechanicalproperties;Damagecharacteristics
1.引言
红砂岩是一种常见的建筑材料，广泛应用于建筑、道路和水利工程等领域。然而，红砂岩在自然界中经历了数百万年的地质变化，其物理和力学性质极为复杂，对其力学性能的研究一直是岩石力学领域的重要课题。同时，红砂岩具有一定的孔隙度和渗透性，容易受到水分影响，饱水状态下的红砂岩与干燥状态下具有明显差异，这使得对其力学性能的研究更加具有挑战性。为了更好地了解不同饱水度下红砂岩的力学行为和变形规律，本文采用了半圆形剪切试验和单轴压缩试验来探究其静态本构关系及动态力学性能，并对其损伤特征进行了研究分析，为红砂岩的工程应用提供理论和实践指导。
2.实验方案
2.1实验样品
选取来自中国某地区的不同饱水度红砂岩为研究对象，并按照ASTM标准制备出相应的试样。试样尺寸为直径50mm、高度100mm的圆柱体，共制备出30个试样，其中10个为干燥状态，10个为饱水状态，另外10个为水浸后恒重状态。试样表面光滑平整，无明显裂缝和破损。
2.2实验方法
采用ZJ-300型强度试验机进行静态试验，通过半圆形剪切试验和单轴压缩试验来探究不同饱水度下红砂岩的静态本构关系。
采用JB-300B型冲击试验机进行动态试验，通过冲击波传播实验来探究不同饱水度下红砂岩的动态力学性能。
2.3实验结果
2.3.1静态本构关系
通过半圆形剪切试验和单轴压缩试验绘制出不同饱水度下红砂岩的应力应变曲线，并进行了拟合分析。结果表明，不同饱水度下红砂岩的应力应变曲线均呈现出非线性特性，其中强度和刚度随着饱水度的增加逐渐降低，与干燥状态相比较差异较大。此外，与单轴压缩试验相比，半圆形剪切试验更能反映红砂岩的变形和破坏特征，更加符合其力学性质。
2.3.2动态力学性能
通过冲击波传播实验获得红砂岩的动态应力应变曲线，并进一步计算出其动态刚度和动态应力强度。结果表明，红砂岩的动态应力应变曲线呈现出明显的非线性