冲击荷载下层状砂岩变形破坏及其动态抗拉强度试验研究

论文摘要

针对层状砂岩的各向异性,探究了冲击荷载作用下层理角度对层状砂岩变形破坏的影响规律。加工制作了含软弱层理的砂岩标准试件,利用霍普金森杆试验系统进行了不同层理倾角下的砂岩动态巴西圆盘试验,并结合数字图像相关方法获得了圆盘试件变形场的演化云图。从破坏结果看,层理面与加载轴线之间的夹角对层状砂岩的变形破坏有显著影响。当软弱层理平行于加载轴线时,圆盘试件在加载端处首先产生应变集中,并随着冲击加载的作用迅速沿层理扩展,最终表现为从圆盘试件加载端向非加载端呈弧线形断裂的特征;当软弱层理垂直于加载方向时,圆盘试件中间首先形成多个应变集中区,表现为在加载轴线与软弱层理相交处萌生多个微裂纹,并在冲击加载的作用下微裂纹沿加载轴线不断相互贯通,最终形成径向扩展的宏观裂纹;当软弱层理面与加载方向成45°时,圆盘试件在加载端处首先沿层理方向形成显著的拉剪应变集中区,由于层理介质的抗拉强度和抗剪强度均低于砂岩基质体,因而表现为试件在拉、剪复合应力的共同作用下从加载端处产生多条沿层理面扩展的裂纹。从试验结果中还可以看出,在相同加载速率下,垂直层理试件的强度最高,水平层理试件的强度最低,倾斜层理试件的强度介于水平层理试件和垂直层理试件之间。随着加载速率的提高,不同层理方向的砂岩动态抗拉强度均呈线性增长的特征,但与无层理砂岩相比,含软弱层理砂岩的动态抗拉强度对加载速率的敏感程度较低。此外,层理角度对砂岩的开裂应变有较大影响,受剪应力的影响,倾斜层理砂岩的开裂应变高于垂直层理砂岩。

论文目录

• 1 试验系统及测试原理
•   1.1 试验测试装置
•   1.2 试件制作
•   1.3 圆盘动态抗拉强度及加载速率计算
• 2 试验结果及分析
•   2.1 无软弱层理的砂岩变形破坏分析
•   2.2 含软弱层理的层状砂岩变形破坏分析
•   2.3 加载速率对层状砂岩动态抗拉强度的影响
•   2.4 软弱层理岩体开裂应变分析
• 3 讨 论
• 4 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 杨仁树,许鹏,景晨钟,范军平,方士正,张航

关键词: 层状砂岩,层理角度,冲击荷载,动态抗拉强度,裂纹扩展

来源: 煤炭学报 2019年07期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京科技大学土木与资源工程学院,中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,阳泉煤业(集团)有限责任公司生产技术部

基金: 国家重点研发计划资助项目(2016YFC0600903),高等学校学科创新引智计划资助项目(B14006),中国矿业大学(北京)大学生创新训练资助项目(C201806159)

分类号: TU45

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2019.0258

页码: 2039-2048

总页数: 10

文件大小: 9772K

下载量: 489