高应变率下煤力学特性试验研究

利用Φ50 mm分离式霍普金森(Hopkinson)压杆(SHPB)试验系统,对煤进行单轴冲击压缩试验,明确煤的力学特性随应变率的变化规律。试验气压等级设计为0.30,0.35,0.40,0.45,0.50,0.55 MPa,为试样提供相应的6组不同应变率。试验结果表明:高应变率下煤应力-应变曲线大致分为压密阶段、弹性变形阶段、微裂纹演化阶段、裂纹非稳定扩展阶段以及卸载阶段;应变率升高缩短压密阶段,延长弹性变形阶段;随着应变率的升高,煤动态弹性模量与峰值应力近似呈对数形式增加,而峰值应变近似呈对数形式降低;煤试样的破坏程度随应变率的升高而增加,应变率由68.666 s-1增加到79.751 s-1,煤破坏程度对应变率的敏感性最为显著。研究结果可为采矿工程割煤参数的确定提供依据。     

高应变率下岩石的蚁群智能动态本构模型

针对蚁群算法在优化网络权值过程中存在搜索速度慢和精确度的问题,将梯度下降法作为优化算子嵌入蚁群神经网络,提出了一种新型混合蚁群神经网络,并根据花岗岩的高应变率动态实验,构建了一种动载高应变率作用下花岗岩本构关系分析的蚁群智能模型,其拟合结果与实际情况吻合,对于研究在高应变率下岩石动力学性能具有借鉴意义。     

高温高应变率下纯钼动态力学性能与失效行为

为研究纯钼在高应变率下的动态力学性能及失效行为,在室温及高温情况下,采用分离式Hopkinson压杆试验装置(SHPB)对纯钼进行了动态压缩实验,利用扫描电子显微镜(SEM)对冲击压缩后的试样进行了断口分析。结果表明,在冲击压缩载荷作用下,纯钼动态压缩力学性能随温度的升高而降低;在已测试的温度下,室温、应变率为1 800s~(-1)时,纯钼具有相对较大的动态压缩屈服强度,为1 110MPa,且具有相对较大的动态抗压强度,为1 087MPa;在800℃、应变率为2 000s~(-1)时,纯钼具有相对较大的应变量,为17.6%;而在300℃、应变率为2 200s~(-1)时,纯钼具有较好的综合动态力学性能;高温、高应变率下纯钼的动态压缩断裂机制为准解理断裂。     

不同应变率下砂岩的动态力学特性研究(增刊)

矿山等地下硐室施工通常采用工程爆破的方式进行开挖,在工程爆破等动力荷载作用下岩石存在动力硬化现象。利用分离式霍普金森压杆装置对砂岩岩样进行了5组不同应变率下的冲击试验,在此基础上系统分析了入射波、反射波和透射波等试验数据,绘制出动态抗压强度与应变率的散点关系图、峰值应变与应变率的散点关系图、动态应力-应变曲线图,并得到砂岩在不同应变率下的动力硬化因数,分析了砂岩在不同应变率下的动态力学特性及动态抗压强度与应变率的关系,并对不同应变率下岩石样本的破坏形态进行了归纳分析。     

冻融循环下砂岩的动态劈裂特性与应变演变机理

为了研究冻融循环条件下砂岩的动态拉伸力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统并结合高速数字图像相关技术(DIC),对冻融循环0次、10次、20次、40次的砂岩试件进行不同冲击速度下的动态劈裂试验,研究分析了不同冻融循环次数下冻结砂岩在动态拉伸应力下的强度特征、变形过程与破坏形态。结果表明：不同冻融循环作用下冻结砂岩与普通砂岩的动态拉伸曲线有着相似的应力发展特点,分为低速增长段、高速增长段、峰值平台段和降低段;冻岩的拉伸峰值应力与应力加载速率呈线性关系,与冻融循环次数之间呈现出先增大后减小的趋势;在相同打击强度下,4种冻融循环次数(N)的冻岩试件中心处拉伸应变大小依次为40次、20次、0次、10次,具有一定的冻融循环效应。     

不同应变率下冻融损伤大理岩的动态压缩特性研究

为研究不同自然条件下边坡岩石的动态力学性质受冻融循环的影响,对冻融处理后的寒区边坡大理岩在干燥、饱水和冻结条件下进行了一系列动态压缩试验.试验结果表明,相同的冻融循环次数和相同的冲击气压下,常温水对岩石有软化作用,低温冻结对岩石有强化作用,随着冻融循环次数增加,岩样状态对岩石强度的影响逐渐减弱,两种应力因子逐渐接近１;冻融循环对岩样动态强度的劣化作用集中在冻融前期,冻融循环后期岩样动态强度变化不大;随着冻融循环次数增加,岩样动态强度的应变率效应逐渐减弱,且冻融循环对应变率效应的弱化作用也集中在冻融前期.     

高应变率下难动用铁矿爆破回采损伤规律研究

随着资源的不断减少,难动用资源的开发利用愈显重要。以程潮铁矿西区保安矿柱爆破回采工程为背景,考虑到爆破过程中高应变率会导致材料的动力硬化行为以及爆破作用引起的岩体损伤,建立了自定义动态损伤本构模型。并通过二次开发将其嵌入LS-DYNA中,通过与程潮铁矿西区爆破回采实例验证自定义本构模型的正确性。最后基于改进损伤本构模型进一步深入分析,得到较为合适的回采方式和回采顺序,并研究了采场岩体的损伤特性,研究成果可为实际施工提供指导。     

冲击荷载下煤系砂岩应变率效应及能量耗散特征

在煤矿巷道掘进过程中,巷道围岩在动载作用下变形将会增大,为研究煤系砂岩在冲击荷载作用下的力学特性及能量耗散,以河南陈四楼煤矿巷道围岩中的砂岩为研究对象,利用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆试验装置对煤矿砂岩开展单轴单次冲击压缩试验和循环冲击压缩试验,对冲击荷载作用下煤矿砂岩的应变率效应、能量耗散特征和破坏模式等进行分析。研究结果表明:在单轴单次冲击荷载作用下,随着平均应变率的增加,砂岩试样的峰值应力和峰值应变均增大,割线模量逐渐降低,砂岩试样的塑性增加,强度提高;且峰值应变与平均应变率呈线性递增关系,峰值应力近似与平均应变率的1/3次幂呈递增关系;随着平均应变率的增加,砂岩试样的单位体积吸收能呈线性增加趋势,且试样破碎程度不断增大,在压应力持续作用下砂岩试样内部裂纹不断交叉扩展,沿轴向发生劈裂破坏。在循环冲击荷载作用下,随冲击荷载作用次数的增加,砂岩试样的平均应变率和峰值应变均逐渐增大,峰值应力、割线模量和第2类割线模量均随着冲击次数的增加而逐渐降低;在固定冲击气压下进行循环冲击时,随着冲击次数的增加,入射能基本保持不变,反射能和吸收能均逐渐增大,透射能逐渐减小,砂岩试样的单位体积...     

锚杆杆体动态力学特性及应变率效应实验研究

为了揭示在冲击载荷下锚杆支护材料动态力学特性及应变率效应,为不同震级冲击地压巷道支护设计提供参考与借鉴,达到冲击地压巷道分级防控的目的。采用实验室试验对不同冲击韧性锚杆的静态和动态力学特性进行了测试,从微-细观角度分析了不同韧性锚杆的抗冲击性能,分析了应变率大小对锚杆动态力学响应的影响规律。实验结果表明:CRM700锚杆的冲击吸收功分别是HRB500和CRM600的1.30倍和1.14倍,峰值载荷分别是两种锚杆的1.18倍和1.07倍,瞬时变形量分别是两种锚杆的1.33倍和0.91倍;CRM700锚杆和HRB500锚杆断口形态和金相组织显著不同,HRB500锚杆断口源区为韧窝形态,中部扩展区为准解理+少量韧窝,终断区为韧窝形态,金相组织为铁素体+珠光体;而CRM700锚杆断口附近全部为韧窝形态,金相组织为回火索氏体+贝氏体+铁素体。同时,应变率对HRB500锚杆的屈服强度、抗拉强度和应变影响显著,而对CRM600锚杆的影响较小,对CRM700锚杆的影响最小。对比3种锚杆的动态力学特性,CRM700锚杆的载荷曲线和冲击功曲线比较平滑,材料受到冲击载荷后呈现出缓慢断裂的特性,对冲击载荷具有...     

冲击载荷下砂岩的动态力学特性及破坏机制

为探究冲击载荷下砂岩的动态力学特性及破坏机制,采用SHPB装置,开展了砂岩的动态力学测试,研究了砂岩的应力-应变曲线、动态抗压强度、动态弹性模量和单位体积吸收能变化;分析了砂岩的破坏机制,阐明了砂岩的破坏模式及破坏块度变化规律。结果表明：冲击荷载作用下砂岩应力-应变曲线整体呈阶段式发展,依次为线弹性上升阶段、非线性振荡起伏阶段和峰后下降阶段;砂岩的动态抗压强度、单位体积吸收能和动态弹性模量与冲击速度分别呈幂函数、二次函数、二次函数的关系,均具有明显的冲击速度效应;随着冲击载荷增大,砂岩的分形维数增大,破碎程度增加,砂岩的破坏模式由拉伸破坏转向拉-剪耦合型破坏。研究结果可为强动压巷道和采场围岩稳定性控制提供理论依据。     

矿岩斜层动态粉碎应力—应变曲线的应变率效应分析

用自行研制的矿岩料层动态粉碎性能测试装置，对四种典型矿岩在五种不同应变率下进行实验研究，分析了应变率对应力－应变全过程曲线的影响。结果表明，应变率和应力－应变曲线相敏感，而且应变率效应随岩石物理力学性质和应力－应变曲线的不同发展阶段而改变。不同应变率下的岩石料层动态塑性特性可用Ｃｒｉｓｔｅｓｃｕ提出的拟线性塑性本构方程来描述。     

不同应变率下煤的动力学特征研究

为探究煤在冲击破坏中表现出来的动力学特征,使用直径50 mm分离式霍普金森压杆装置试验系统对煤样进行不同应变率下的冲击破坏实验。结果表明：碎裂过程可以分为4个阶段,分别是压实阶段、线弹性阶段、裂纹扩展阶段、破坏阶段。在不同应变率下,煤样的应变随时间的增加而增加,应变率越大,煤样的应变-时程曲线斜率越大;煤岩的动态变形模量和动态抗压强度随应变率的增大而增大,并在一定范围内波动;煤样冲击破碎块度分布和应变率有明显的相关性。     

砂岩全应力-应变过程气体渗透特性实验

以CO₂气体为介质,运用自制含气岩石力学试验系统对平顶山煤业集团一矿砂岩全应力-应变过程中的气体渗透特性、围压对砂岩渗透特性的影响进行了实验研究.试验结果表明：全应力-应变过程中砂岩渗透率变化具有明显的阶段性,且应变滞后性明显;峰后砂岩渗透率明显大于其起始渗透率;随着围压的增加,相同应变下砂岩试件的渗透率呈减小趋势,砂岩渗透率的变化率也趋于减小.     

不同应变率下砂岩的动态力学特性研究

矿山等地下硐室施工通常采用工程爆破的方式进行开挖,在工程爆破等动力荷载作用下岩石存在动力硬化现象。利用分离式霍普金森压杆装置对砂岩岩样进行了5组不同应变率下的冲击试验,在此基础上系统分析了入射波、反射波和透射波等试验数据,绘制出动态抗压强度与应变率的散点关系图、峰值应变与应变率的散点关系图、动态应力-应变曲线图,并得到砂岩在不同应变率下的动力硬化因数,分析了砂岩在不同应变率下的动态力学特性及动态抗压强度与应变率的关系,并对不同应变率下岩石样本的破坏形态进行了归纳分析。     

霍普金森试验下斑铜矿动态力学特性分析

为了研究斑铜矿在不同冲击荷载下的动态力学特性,通过霍普金森试验,对斑铜矿进行冲击试验,分析研究结果表明：斑铜矿的平均应变率与冲击荷载有着很强的相关性,二者之间多项式拟合关系水平明显。在冲击荷载的作用下,应力应变曲线表现为四个发展阶段：裂隙闭合阶段、弹性裂隙稳定扩展阶段、非线性弹性变形阶段、最终破坏阶段,存在一个破碎块度的均匀适中的冲击气压,而在较高冲击荷载下的破坏模式为压碎破坏。对冲击后的岩样进行筛分粒度分级的结果表明：冲击荷载越大,破碎块度越小。     

动态孔隙水作用下砂岩力学特性试验研究

为研究动态孔隙水作用下砂岩的力学特性,采用MTS815.02型电液伺服岩石力学试验系统和PCI-2声发射测试系统,对砂岩进行不同孔隙水压下的三轴压缩声发射试验,分析不同孔隙水压下砂岩的强度、变形及声发射信号特征.研究表明:在孔隙水压作用下,岩样的破坏形式大多为劈裂破坏.随着孔隙水压力的增加,砂岩的抗压强度和弹性模量明显降低,在达到应力峰值时的声发射信号峰值减小,应力峰值附近声发射信号突增明显.     

高应变率单轴压缩下岩体裂隙扩展的细观位移模式

为了研究动态荷载作用下岩体裂隙扩展机制,通过细观颗粒平行黏结模型(PBM)的模拟,分析了高应变率单轴压缩条件下单裂隙岩样的损伤演化及细观位移场。高应变率大小对岩样最终破裂形态影响不大,但随应变率的增大,细观裂纹越多且局部化程度越强。随着裂隙倾角的增大,裂纹分叉交织越密,并在裂隙倾角≤45°和≥60°范围内分别具有相似的破裂形态。裂隙尖端翼裂纹是倾斜裂隙面相对滑移致使尖端撕裂的结果,高应变率下翼裂纹在峰后不再扩展。应变率越小,裂隙倾角越小,翼裂纹扩展的长度越长。定义了3类细观颗粒间的位移模式及其所形成的3类裂纹性质。将裂纹扩展概括为6种基本模式:翼裂纹+张拉、顺翼裂纹、反翼复合裂纹+张拉、顺翼复合裂纹+张拉、共面复合裂纹和倾斜复合裂纹,其中复合裂纹为拉剪裂纹或压剪裂纹。     

不同冲击强度下的砂岩动态力学特性试验研究

为研究冲击强度对岩石动态力学特性的影响,以改装的霍普金森压杆(SHPB)装置对砂岩进行了不同冲击强度下的动力学试验,测得了动态应力-应变曲线和应力波波形。然后,基于试验数据分析了冲击强度对砂岩强度、应变特性以及能量耗散规律的影响。结果表明:动态应力-应变曲线未出现压密阶段直接进入弹性阶段,冲击强度越大,应力-应变路径越长;岩样以破碎形态为主,破碎程度与冲击强度呈正相关;随着冲击强度增大,平均抗压强度和平均应变呈线性增长,而平均应变率呈指数增长;平均抗压强度和平均弹性模量随平均应变率呈线性增加。冲击强度越大,入射能和反射能值显著提高而透射能变化不明显,透射系数和反射系数分别呈幂函数增长和对数降低。砂岩吸收能随冲击强度和平均抗压强度分别呈指数关系和对数关系。由此表明,不同冲击强度对砂岩应变特征、强度特征以及能量耗散具有显著影响,适当增加冲击强度可有效提高砂岩吸收能,进而提高破岩效果。     

冻结砂岩单轴抗压应力应变复合幂指数模型

为研究冻结砂岩应力应变关系,以内蒙古原状砂岩为试验对象,采用WDT-100冻土单轴试验压缩机开展了不同温度状态下冻结砂岩单轴抗压强度试验,得到应力应变曲线并分析试验结果。基于复合幂指数非线性理论进行曲线拟合,得出不同冻结温度下模型的参数方程。考虑温度因素的影响,改进复合幂指数非线性模型,提出一个与冻结温度有关的新型复合幂指数应力应变模型,将理论曲线与试验结果进行对比,发现拟合情况较好,显示了所建模型的合理性。