水泥石试件早期损伤特性与后期力学行为分析

辛亚军^1,2，吕鑫¹，姬红英³，郝海春¹，董帅¹

1. 河南理工大学能源科学与工程学院2. 煤炭安全生产河南省协同创新中心3. 河南理工大学资源与环境学院

摘 要：水泥石早期强度较低,较小扰动易受到损伤破裂,而早期水泥石损伤特性表现复杂,且不同损伤程度对其后期承载力学行为影响较大。基于对早期水泥石损伤特性的理论分析,采用相同比例水泥浆液预制100 mm×100 mm×100 mm的水泥石试件5组,在实验室利用刚性试验机,对筛选的5组10个水泥石试件进行3 d早期不同应力比损伤单轴压缩与28 d后期承载力学特性试验,分析了早期水泥石损伤机制及基本特性,引入了早期水泥石损伤系数概念,建立了早期水泥石试件全应力-应变曲线条件下的损伤量求解方程,确定了早期水泥石损伤阈值,研究了早期水泥石不同损伤（损伤量或应力比）对后期强度、变形的影响规律以及与弹性模量、泊松比的关系,提出了基于早期水泥石损伤的后期承载失稳模式。结果表明:早期水泥石损伤曲线分为压密损伤、损伤累积与损伤爆发3个阶段,单轴压缩破坏过程中存在典型全应力-应变曲线各阶段特征,水泥石试件完整损伤模型方程可分为两段式进行描述,能较好表征早期水泥石不同应力比条件下的损伤特征;随着早期水泥石试件应力比增加（75%～100%）,早期水泥石试件的轴向应变、横向应变、泊松比与损伤量呈增加趋势,且横向应变增幅大于轴向应变,而弹性模量则表现为衰减趋势;损伤量0.48（80%应力比）为早期水泥石损伤阈值,早期水泥石试件损伤超过阈值,试件内部裂隙扩展、贯穿至最后失稳,后期水泥石试件则由前期强度增强转为强度衰减;随着水泥石试件早期损伤量增加,后期水泥石试件的单轴抗压强度、弹性模量呈先增加后减小趋势,轴向应变、横向应变与泊松比整体呈增加趋势;早期水泥石损伤试件的后期失稳模式分为积累贯穿失稳及萌生发散失稳,高损伤水泥石试件由单侧破坏导致试件失稳,低损伤水泥石试件由块体间失衡导致试件失稳。

关键词：早期损伤;后期力学行为;水泥石试件;单轴压缩;失稳模式;