不同加载速率下砂岩的破碎规律下载

weixin_39821228 2020-10-02 10:30:28

为探究巷道失稳时岩石的破坏规律,基于分形几何的方法,研究砂岩在不同加载速率下破坏形成碎块的分布情况,得到了加载速率与块度分布的关系模型,定量描述了分形维数与破碎程度的关系,同时给出了分形维数变化区间为2.5~2.7。该研究可为巷道失稳破坏产生的破碎体分布预测和快速建立应急救援通道设备选型提供理论参考。
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为探究巷道失稳时岩石的破坏规律,基于分形几何的方法,研究砂岩在不同加载速率下破坏形成碎块的分布情况,得到了加载速率与块度分布的关系模型,定量描述了分形维数与破碎程度的关系,同时给出了分形维数变化区间为2.5~2.7。该研究可为巷道失稳破坏产生的破碎体分布预测和快速建立应急救援通道设备选型提供理论参考。

通过设定恒定活塞下压力,测试不同Talbol幂指数n级配下的破碎砂岩受压位移,换算破碎砂岩的密实度,采用轴向力连续加载方式,研究破碎砂岩的渗流规律与Talbol幂指数n的关系,为预防突水、煤与瓦斯突出等灾害提供指导。

为了研究煤岩受爆炸、冲击等动态荷载下的破坏机理,利用50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对无烟煤和砂岩试样进行不同冲击速率下冲击加载试验,基于应力波理论和分形理论,分别研究了无烟煤和砂岩在动态应力应变、破坏形态、破碎耗散能以及块度分形方面的差异。结果表明:无烟煤与砂岩的动态力学性能明显不同,无烟煤的动态应力应变在初始上升阶段就呈现出了很明显的非线性,并且冲击速率越小这种非线性越明显;而砂岩动态应力应变曲线在初始阶段基本是一条直线,具有线弹性;两者都具有随着冲击速率的增大,其塑性变形、极限强度也增大的趋势,但砂岩的塑性变形明显小于无烟煤的塑性变形。最后通过计算无烟煤、砂岩的破碎耗散能和分形维数可知:两者的破碎耗散能均随冲击速率的增大而呈弱幂函数关系增加,无烟煤的增长速率较快;无烟煤试样破碎块度的分形维数比较集中,随着冲击速度的增加砂岩分形维数有降低的趋势。

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论:1)矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似且可分为2个阶段,即为0~4MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段;而灰岩试样的压缩过程变形速率均匀。2)在相同粒径配比条件下,随着轴向应力的增大,砂岩分形维数单调增大,岩石颗粒破碎程度加剧。轴向应力与分形维数之间关系可用指数函数拟合。3)在试样压缩过程中,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大;加载速率越大,试样轴向位移越小。4)在12 MPa轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样压缩后的分形维数增量越大,被压碎的岩石颗粒越多;加载速率越大,试样分形维数越大,破碎程度越低。

天然岩石含多种原生缺陷,受工程扰动影响易促使载荷速率发生变化,为确保岩体工程的稳定性,需对加载速率及裂隙影响下的岩石力学特性进行研究.以均质细砂岩试样为研究对象,试样中央预制0°~90°贯通裂隙,通过单轴压缩试验和声发射试验研究加载速率影响下的裂隙砂岩力学性质变化规律.结果表明:相同裂隙倾角下,试样的抗压强度、峰值应变以及弹性模量均与加载速率呈正相关关系;加载速率对岩石力学性质的强化效应具有区间性,低数量级时加载速率的作用程度明显高于高数量级时.砂岩试样的力学性质受控于裂隙倾角α,随着α 的增加,试样峰值强度先增加后减小,并在α＝15°时达到最低值.声发射计数特征能够准确反映砂岩试样的破坏过程,岩石加载过程中,声发射计数经历 “剧烈Ｇ平静Ｇ剧烈”的过程,且随着加载速率的增加,加载前期尤其是峰值强度前记录到的明显声发射事件数降低.

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