冲击荷载作用下煤矿泥岩能量耗散试验研究

论文摘要

岩石破裂破碎实质是一个能量吸收与耗散的过程,煤矿岩巷钻爆掘进过程中,既要有足够的爆炸能量使待开挖区岩石破裂破碎和抛掷、形成空腔,又要控制爆炸能量对保留岩体造成的损伤,尤其是冲击荷载作用时强度较低的泥岩的动态响应特性更需要重点研究。以淮南矿区典型巷道泥岩为研究对象,利用直径50 mm分离式Hopkinson试验装置开展不同冲击气压下泥岩动态压缩试验,研究在冲击荷载作用下泥岩的动态力学性能和破裂破碎特征,重点研究动荷载作用下泥岩的能量耗散规律。为了进一步揭示泥岩动态破碎破裂与泥岩构成主要化学成分与细观结构之间的关系,对泥岩的静态物理力学性能进行了测试并进行泥岩的X射线荧光光谱(XRF)和X射线衍射(XRD)测试,确定其主要组分、化学和颗粒成份;同时采用放大1 000倍的电子数码显微镜对泥岩试件表面、断口进行放大观察,从岩石细观结构出发,通过对细观结构变化、物理与力学过程的分析研究了岩石的损伤及其演化。结果表明:泥岩的主要化学成分主要为Si O2,其次为Al2O3,Fe2O3,其力学强度低,物理性能指标差,在冲击荷载作用下,泥岩内部大量空隙缺陷(如空穴,位错,微裂隙等)动力学过程加剧,形成损伤;在应力波的持续作用下,大量的微损伤和微观不均匀处在试件内部进行复杂的演化,在颗粒内部结构、沿颗粒间裂缝和沿晶粒界会产生大量的微裂纹并发展,在构造边界碎片分层、夹杂物中也产生裂纹,泥岩试件最终产生环向断裂破坏和轴向劈裂拉伸破坏;试件吸收能、透射能和反射能均随入射能增加而增加,分别呈线性、对数和二次函数形式增长;试件吸收能可以用单位体积耗能密度、单位质量耗能和吸收阻抗比能表征,三者均随入射能增加呈线性增长,随应变率呈二次函数增长。

论文目录

• 1 SHPB理论基础与试件制备
•   1.1 能量耗散计算原理
•   1.2 试样成分与制备
• 2 SHPB冲击试验结果分析
•   2.1 泥岩受力分析与应力平衡检验
•   2.2 泥岩试件破坏形态及细观机理分析
•   2.3 泥岩试件动态应力应变曲线
• 3 能量耗散分析
•   3.1 典型泥岩冲击各能量时程曲线
•   3.2 透射能、反射能和吸收能与入射能关系
•   3.3 透射能、反射能和吸收能与峰值应变的关系
•   3.4 泥岩耗能表征与入射能的关系
•   3.5 耗能表征与峰值应变之间的关系
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 王梦想,汪海波,宗琦

关键词: 煤矿泥岩,分离式霍普金森压杆,能量耗散,应变率,破碎破裂

来源: 煤炭学报 2019年06期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 矿业工程,工业通用技术及设备

单位: 安徽理工大学土木建筑学院

基金: 国家自然科学基金资助项目(51274009,51404010),安徽省高校自然科学研究重大资助项目(KJ2017ZD11)

分类号: TD235

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.0799

页码: 1716-1725

总页数: 10

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