动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征试验研究 被引量：3

1

作者 刘怀谦 赵洪宝 +4 位作者 王磊 马庆 于美鲁 胡浩 王春华 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3488-3503,共16页

为探究动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征,利用自主研制的可视化含瓦斯煤动静组合加载试验系统,开展了不同冲击速度与轴压比条件下含瓦斯煤冲击试验,探究含瓦斯煤破裂能量演化特征与耗能特性,探讨碎屑弹射机制及其分布特征,以期阐... 为探究动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征,利用自主研制的可视化含瓦斯煤动静组合加载试验系统,开展了不同冲击速度与轴压比条件下含瓦斯煤冲击试验,探究含瓦斯煤破裂能量演化特征与耗能特性,探讨碎屑弹射机制及其分布特征,以期阐明含瓦斯煤耗能密度与碎屑分形间的内在联系。结果表明:(1)含瓦斯煤冲击过程能量转化具有同步性,且耗散能时程曲线与煤体变形阶段相对应,即当含瓦斯煤丧失承载能力时,动态应力-应变曲线形态为抛物线型,耗散能时程曲线划分为弹性储能、弹塑性耗能、塑性耗能与能量释放阶段;特别地,当轴压导致含瓦斯煤处于弹塑性或塑性状态时,耗散能时程曲线可直接划分为弹塑性或塑性耗能阶段与能量释放阶段;当含瓦斯煤仍具有承载能力时,动态应力-应变曲线形态为倒钩型,耗散能时程曲线划分为弹性储能、弹塑性耗能、塑性耗能与耗散能回弹阶段,耗散能回弹阶段可导致煤壁片帮或巷道岩爆。(2)含瓦斯煤耗散能随冲击速度升高而增大,耗能占比基本恒定,其值介于31.1%~34.0%,碎屑分维随耗能密度升高呈指数增长;存在临界轴压比使耗散能与耗能占比呈先下降后上升趋势,碎屑分维随耗能密度变化具有分段性,当试样处于持续储能阶段,碎屑分维随耗能密度的增加而降低;当试样处于持续释能阶段,碎屑分维随耗能密度的增加而升高,此时轻微动力扰动即可导致煤岩失稳。研究丰富了煤岩瓦斯动力灾害诱发机制的基础理论,可为煤岩瓦斯动力灾害的监测、预警以及防治技术提供理论支撑。 展开更多

关键词 动静荷载 含瓦斯煤 变形阶段 能量耗散 破碎特征

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真三轴动静组合加载下非均质花岗岩损伤特性与能量演化机制研究 被引量：1

2

作者 龚航里 王明洋 +3 位作者 罗忆 邱艳宇 刘婷婷 李新平 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期47-63,共17页

为了研究三向应力约束下非均质花岗岩的动态力学特性及能量演化行为,采用真三轴Hopkinson装置开展了多云母类和岩脉类花岗岩的动静组合荷载循环加载试验,并结合FLAC^(3D)-PFC^(3D)耦合建模分析方法,分析了三向应力约束与高应变率对非均... 为了研究三向应力约束下非均质花岗岩的动态力学特性及能量演化行为,采用真三轴Hopkinson装置开展了多云母类和岩脉类花岗岩的动静组合荷载循环加载试验,并结合FLAC^(3D)-PFC^(3D)耦合建模分析方法,分析了三向应力约束与高应变率对非均质花岗岩动态裂纹扩展及能量演化机制的影响。研究结果表明:(1)在循环动态加载过程中,花岗岩内部裂缝网络的连通性逐渐增强,最终形成与最小主应力方向近似平行的高密集宏观剪切裂纹网络,岩脉类试样抗冲击能力较多云母类试样明显更低;(2)增大轴向应力导致晶间拉伸裂纹比例增大,促使起裂应力比(σ_(ci)/σ_(d))和损伤应力阈值比(σ_(cd)/σ_(d))降低,起裂应力和损伤应力阈值发生时间提前,并显著削弱了试样的动态强度;(3)侧向应力约束提高了试样动态损伤应力阈值,延缓了起裂应力发生时间,抑制了颗粒间相对滑移的摩擦作用,减弱了破坏过程中动能的释放,并对试样的动态强度表现出强化效应;(4)在真三轴应力约束下,冲击加载主要贡献于滑移摩擦能的耗散,而动能始终保持在相对较低的水平。 展开更多

关键词 动静组合荷载 非均质岩石 动态损伤 能量演化 3D-GBM模型

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不同应力状态及应变率下组合煤岩体力学特性及能量演化规律

3

作者 马智会 马智勇 +1 位作者 潘荣锟 崔峰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期102-113,共12页

深部煤岩体应力环境复杂多变,为进一步揭示动载荷诱发冲击地压的发生机制,采用岩-煤-岩结构试样,利用改进后SHPB试验系统,开展不同应力状态(无轴压及围压、一维动静组合、三维动静组合)及应变率(49.3~137.9 s^(-1))下冲击试验,研究组合... 深部煤岩体应力环境复杂多变,为进一步揭示动载荷诱发冲击地压的发生机制,采用岩-煤-岩结构试样,利用改进后SHPB试验系统,开展不同应力状态(无轴压及围压、一维动静组合、三维动静组合)及应变率(49.3~137.9 s^(-1))下冲击试验,研究组合煤岩体试样的强度、变形、破坏特征及能量演化规律。结果表明:无轴压及围压、一维动静组合下组合体试样应力应变曲线峰后存在应力回弹及应变软化2种类型,三维动静组合下都存在应力回弹现象。3种应力状态下试样峰值强度大致随应变率的增加而增加,表现出明显的率相关性。3种应力状态下,都是反射能占入射能的比例最高,透射能占入射能的比例最低;三维动静组合下,反射能占入射能的比例低于其他2种应力状态;当应变率低于123 s^(-1),能量利用率、耗散能随应变率增加而逐渐增加,耗散能密度随入射能的增加而增加。试样破坏形式表现出明显的率相关性,随着应变率的增加,煤、砂岩碎块尺寸也逐渐变小。无轴压及围压、一维动静组合下试样首先在煤岩界面发生破坏,煤、砂岩产生较多小尺寸碎块是由于峰后二次裂纹造成的。三维动静组合下单次冲击后煤岩体破裂不明显。 展开更多

关键词 动静加载 组合煤岩体 力学特性 能量演化 岩石动力学

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动静组合加载条件下裂隙砂岩力学特性和破坏规律

4

作者 刘雨清 余伟健 《有色金属科学与工程》 北大核心 2025年第4期605-614,共10页

为了研究含有交叉裂隙砂岩在动静组合加载条件下的力学特征和裂隙演化损伤规律,采用霍普金森实验系统对含2条不同交叉角度裂隙的砂岩试样进行了一维动静组合加载试验,分析含不同角度裂隙砂岩的动态力学特征、岩体的动态破坏模式。研究... 为了研究含有交叉裂隙砂岩在动静组合加载条件下的力学特征和裂隙演化损伤规律,采用霍普金森实验系统对含2条不同交叉角度裂隙的砂岩试样进行了一维动静组合加载试验,分析含不同角度裂隙砂岩的动态力学特征、岩体的动态破坏模式。研究结果表明:在动静组合条件下,预制水平裂隙的存在对动态抗压强度的影响远大于预制倾斜裂隙,2条裂隙夹角的增大对砂岩的动态抗压强度有先减小后增大的作用,动静组合加载降低了预制倾斜裂隙对试样强度的影响;随着2条预制裂隙夹角的增大,砂岩的动态抗压强度和动态峰值应变先减小后增大;2条预制裂隙夹角在0°与90°范围内试样以拉伸破坏为主,30°到60°范围内试样以剪切破坏为主,复杂预制裂隙的存在对岩石破坏有规律性影响。 展开更多

关键词 分离式霍普金森压杆 动静组合加载 预制裂隙 破坏模式

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循环荷载作用下残积土力学特性变化规律研究

5

作者 范子坚 刘新喜 +2 位作者 邓宗伟 李玉 门晟明 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期2912-2923,共12页

通过动静组合三轴试验,研究振动次数、振动幅值、振动频率和初始静偏应力的循环荷载对残积土力学性能的影响规律。基于累计塑性应变的变化规律,提出考虑振动次数、振动频率、振动幅值与初始静偏应力的残积土累计塑性应变演化模型。研究... 通过动静组合三轴试验,研究振动次数、振动幅值、振动频率和初始静偏应力的循环荷载对残积土力学性能的影响规律。基于累计塑性应变的变化规律,提出考虑振动次数、振动频率、振动幅值与初始静偏应力的残积土累计塑性应变演化模型。研究结果表明:残积土受循环荷载作用后,累计塑性应变随振动次数、振动幅值与初始静偏应力的增大而增大,随振动频率的增大而减小,而抗剪强度则随三者的增大而减小,随频率的增大而增大;残积土的抗剪强度随累计塑性应变的增大而逐渐减小,并逐渐靠近或小于未经历循环荷载作用的残积土抗剪强度;残积土受循环荷载作用后的抗剪强度与累计塑性应变之间存在显著的强负相关关系,并据此确定了累计塑性应变与抗剪强度的函数关系。研究结果可为残积土的振后力学性能变化规律分析提供参考。 展开更多

关键词 残积土 循环荷载 动静组合三轴试验 累计塑性应变 抗剪强度

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动静载叠加条件下近直立煤层巷道围岩损伤特征及支护优化 被引量：1

6

作者 朱红伟 康忠全 +1 位作者 宋炳霖 冯攀飞 《工矿自动化》 北大核心 2025年第2期138-147,共10页

目前大多数冲击地压防治研究集中于水平和缓倾斜煤层,而近直立煤层由于独特的赋存特性,冲击地压显现特征与常规水平煤层具有显著差异。以国家能源集团新疆能源化工有限公司乌东煤矿为研究背景,通过数值模拟研究了动静载叠加条件下近直... 目前大多数冲击地压防治研究集中于水平和缓倾斜煤层,而近直立煤层由于独特的赋存特性,冲击地压显现特征与常规水平煤层具有显著差异。以国家能源集团新疆能源化工有限公司乌东煤矿为研究背景,通过数值模拟研究了动静载叠加条件下近直立煤层巷道围岩应力、位移和塑性区分布特征,结果表明:静载作用下,围岩应力分布呈区域应力相互贯通、局部高应力集中的特点,巷道围岩应力、位移和塑性区呈非对称分布特征,具体表现为巷道上部区域应力和位移随着距坚硬顶板距离变小而逐渐增大,并在巷道右帮肩部煤体与坚硬顶板交界位置达到峰值;动静载叠加作用后,围岩应力、位移和塑性区非对称分布特征进一步加剧,局部峰值应力显著增加,动载导致的围岩最大变形量比静载条件下提高了2倍,高应力集中区和塑性区急速扩展。基于动静载叠加条件下巷道围岩非对称损伤特征,针对性提出了乌东煤矿近直立煤层群开采的巷道支护优化方案:加密顶板锚杆索间排距以减少动静载影响:增加巷道上部锚杆数量、调整锚杆倾斜角度来应对巷道顶板变形;在巷道右帮肩部增设短锚索以避免坚硬顶板的挤压和撬动影响;提高锚杆预紧力来提高抗动载冲击能力。该支护优化方案大幅提高了巷道围岩在动静载叠加条件下的稳定性。 展开更多

关键词 近直立煤层 动静载叠加 围岩应力 围岩位移 非对称损伤特征 巷道支护

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煤矿冲击矿压动静载叠加原理及其防治 被引量：277

7

作者 窦林名 何江 +2 位作者 曹安业 巩思园 蔡武 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1469-1476,共8页

煤矿冲击矿压动力灾害日趋严重,且浅部也出现了该现象。理论研究了动载与静载叠加诱发冲击矿压的能量和应力条件,系统地提出了动静载叠加诱发冲击矿压的原理,并分析了煤矿动静载特征,根据应变率对煤矿载荷状态进行了界定,试验研究了煤... 煤矿冲击矿压动力灾害日趋严重,且浅部也出现了该现象。理论研究了动载与静载叠加诱发冲击矿压的能量和应力条件,系统地提出了动静载叠加诱发冲击矿压的原理,并分析了煤矿动静载特征,根据应变率对煤矿载荷状态进行了界定,试验研究了煤岩力学特性与应变率的关系以及动静叠加作用下煤的破坏形态。结果表明:随着应变率增大,煤岩强度、弹性模量呈指数关系增大,当静载占比较大时,煤岩呈剪切破坏;当动载占比较大时,煤岩呈现劈裂甚至爆裂破坏。当动静叠加接近煤岩强度时,单轮或多轮动载作用可诱发煤岩冲击破坏;当动静叠加远小于煤岩强度时,多轮动载虽然能使煤岩产生损伤但难以诱发冲击破坏。动静叠加诱发冲击矿压表现为2种类型:1高静载型,深部开采时,围岩静载较高,矿震产生的微小动载增量可使叠加载荷超过煤岩冲击破坏临界而诱发煤岩冲击破坏;2强动载型,浅部开采时,围岩静载较小,强矿震的冲击动载较大,叠加载荷超过煤岩冲击破坏临界导致煤岩冲击破坏。基于冲击矿压的动静载叠加诱发原理,讨论了冲击矿压监测及防治思路和方法。 展开更多

关键词 冲击矿压 动载 静载 动静载叠加 监测 防治

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薄煤层动静组合诱发冲击地压的机制 被引量：52

8

作者 何江 窦林名 +2 位作者 蔡武 李振雷 丁言露 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期2177-2182,共6页

理论分析了动静组合诱发冲击地压的应力条件和能量转化过程,揭示了动静组合诱发冲击地压机制,数值计算分析了工作面应力分布特征与煤厚之间的关系,采用微震监测数据分析了卸压爆破产生的应力波传播规律,并分析研究了薄煤层动静载特征及... 理论分析了动静组合诱发冲击地压的应力条件和能量转化过程,揭示了动静组合诱发冲击地压机制,数值计算分析了工作面应力分布特征与煤厚之间的关系,采用微震监测数据分析了卸压爆破产生的应力波传播规律,并分析研究了薄煤层动静载特征及诱发冲击地压过程。结果表明:薄煤层工作面应力集中程度较厚煤层高,峰值应力区距离煤壁较近,应力梯度较大;采动动载直接与高应力叠加,且开采导致的应力降以及单位体积煤体释放的弹性变形能远高于厚煤层,在动静组合作用下,薄煤层工作面易于达到动静组合诱发冲击地压的应力和能量条件,显著符合动静组合诱冲机制。最后基于动静载组合诱发薄煤层冲击地压的机制,探讨了薄煤层冲击地压防治原则和技术方法。 展开更多

关键词 薄煤层 冲击地压 动静组合 动载 静载

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6500 kN静-动复合加载液压冲击试验机研究 被引量：7

9

作者 张建卓 王洁 +3 位作者 潘一山 齐庆新 王爱文 王洪英 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1648-1658,共11页

针对现有设备无法实现对冲击地压矿井防冲支架进行静-动复合动力冲击加载实验的问题,提出一种基于液压蓄能及快放原理实现大吨位快速静-动复合加载的动力冲击试验机设计方法。提出了加载试验机的结构组成及工作原理,设计了液压加载系统... 针对现有设备无法实现对冲击地压矿井防冲支架进行静-动复合动力冲击加载实验的问题,提出一种基于液压蓄能及快放原理实现大吨位快速静-动复合加载的动力冲击试验机设计方法。提出了加载试验机的结构组成及工作原理,设计了液压加载系统,并给出液压加载系统的工作原理。该试验机能够实现被压试件的准静态加载、动态加载和静-动复合加载。运用AMESim软件建立了液压加载系统的仿真模型,对其加载特性进行了仿真分析;提出了一种实现高压超大流量开关阀的新型结构,运用FULUNET软件对超大流量开关阀进行了结构优化与流场研究,确定了额定压力31.5 MPa,流量达到120000 L/min的超大流量阀的结构参数;推导了防冲液压立柱的冲击波动方程及其定解条件;建立了液压动力加载系统的AMESim仿真模型,并进行了动力冲击仿真分析。根据理论分析结果完成了6500 kN高速液压冲击实验机样机的研制,并对样机进行了实验测试,实验结果表明,该试验机最大冲击力为6500 kN,最大冲击速度8.2 m/s,从静止到最大速度加速时间小于25 ms,超大流量开关阀的额定流量达到了121179.8 L/min,开启时间小于15 ms。通过对实验样机的实验,验证了设计方案的正确性。 展开更多

关键词 防冲支架 冲击试验机 液压加载 静载加载 静-动复合加载

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动静组合载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究 被引量：25

10

作者 赵伏军 谢世勇 +1 位作者 潘建忠 黄寿元 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1290-1295,共6页

运用ANSYS软件对花岗岩在单一静载、动载和动静组合载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟分析。结果表明:静载破岩时岩石中的裂纹扩展范围比冲击破岩时广,形成的破碎角大;冲击载荷破岩时岩石中的裂纹扩展速度比静载时快,形成的破碎角较小... 运用ANSYS软件对花岗岩在单一静载、动载和动静组合载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟分析。结果表明:静载破岩时岩石中的裂纹扩展范围比冲击破岩时广,形成的破碎角大;冲击载荷破岩时岩石中的裂纹扩展速度比静载时快,形成的破碎角较小;动静组合载荷破岩时破碎深度和裂纹扩展面积比单一静载或动载时均大,破岩效果优于单一加载模式。在多功能岩石破碎试验装置上对花岗岩分别进行了单一静载、冲击载荷和动静组合载荷破岩试验,进一步表明动静组合载荷破岩在破碎深度、破碎体积和破岩比能方面比静力压入或单一冲击具有明显的优势,能大幅度提高破岩效果。不同的动静组合载荷存在不同的破岩比能,合理选取动静载荷的比值,可使破岩比能最小,破碎效果达到最优。 展开更多

关键词 动静组合载荷 岩石破碎 数值模拟 裂纹扩展 破岩比能

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冲击荷载作用下饱和软粘土孔压增长与消散规律 被引量：56

11

作者 白冰 刘祖德 《岩土力学》 EI CAS CSCD 1998年第2期33-38,共6页

通过大量室内试验，研究饱和软粘土在冲击荷载作用下的变形和孔压增长规律，讨论孔压增长的内在机理和不同围压、不同冲击能作用下孔压量的变化。讨论土体的再团结变形规律，提出再固结体积压缩系数的确定方法。最后分析冲击荷载作用后... 通过大量室内试验，研究饱和软粘土在冲击荷载作用下的变形和孔压增长规律，讨论孔压增长的内在机理和不同围压、不同冲击能作用下孔压量的变化。讨论土体的再团结变形规律，提出再固结体积压缩系数的确定方法。最后分析冲击荷载作用后的强度变化。这些讨论为动静结合法处理软基提供了依据。 展开更多

关键词 冲击荷载 孔隙水压力 消散 饱和软粘土

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真三轴单面临空下煤岩组合体冲击破坏特征试验研究 被引量：22

12

作者 杨科 刘文杰 +2 位作者 马衍坤 许日杰 池小楼 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期15-27,共13页

煤岩复合承载结构所处的应力边界条件不同,冲击地压在巷道中的显现特征和前兆规律亦不相同。采用高频振动采集及孔内成像三轴动静载试验系统,开展了高静载和动静载耦合作用下煤岩组合体真三轴单面临空试验,分析了煤岩组合体界面处力学... 煤岩复合承载结构所处的应力边界条件不同,冲击地压在巷道中的显现特征和前兆规律亦不相同。采用高频振动采集及孔内成像三轴动静载试验系统,开展了高静载和动静载耦合作用下煤岩组合体真三轴单面临空试验,分析了煤岩组合体界面处力学特征和强度条件,探究了不同应力边界下煤岩组合体的破坏形态、动力显现特征和声发射信号的演变规律。研究结果表明:(1)受煤岩变形相互制约的影响,交界面处砂岩强度被“弱化”。当界面处煤体裂隙尖端的应力大于“弱化”后砂岩强度时,裂隙将穿过煤岩界面发育至砂岩中,砂岩呈现出屈曲层裂、劈裂成板的破坏形态。(2)高静载作用下,煤岩组合体变形破坏特征和声发射信号具有明显的前兆规律,组合体发生承载失效前煤体局部颗粒弹射动能增大、弹射颗粒块度降低,声发射信号由“高频低能”向“高频高能”转变,组合体的破坏形态以剪切-张拉复合破坏为主。(3)受冲击动载影响,顶底板砂岩夹持作用减弱,煤体裂纹尖端应力得不到有效积聚,裂纹扩展到煤岩交界面时被阻隔,组合体以煤样的张拉破坏为主,声发射信号呈现出“高频高能”的特点,但大多集中在冲击破坏之后,导致组合体动力破坏难以预测。(4)与纯静载作用相比,虽然动静载耦合作用下静载水平较低,但煤岩组合体的抛射质量和抛射碎块的分形维数较大、平均破碎块度较小,说明动载对煤岩组合体的破坏起到了正向激励的作用,静载为煤岩体动力破坏提供了应力和能量条件。 展开更多

关键词 采矿工程 冲击地压 动静耦合加载 煤岩组合体 动力显现特征 前兆信息规律

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基桩现场静动载试验技术研究 被引量：20

13

作者 冷伍明 律文田 +1 位作者 谢维鎏 蔡华炳 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期619-622,共4页

原位试验是获取桩基设计参数、了解桩基力学行为最客观、最可靠的方法。但在桩的现场试验中 ,钻孔灌注桩和预制桩桩周侧向土压力盒以及预制桩钢筋计的埋设一直是现场试验中的难题 ,至今没有很好解决。笔者所在课题组结合多起科研实践工... 原位试验是获取桩基设计参数、了解桩基力学行为最客观、最可靠的方法。但在桩的现场试验中 ,钻孔灌注桩和预制桩桩周侧向土压力盒以及预制桩钢筋计的埋设一直是现场试验中的难题 ,至今没有很好解决。笔者所在课题组结合多起科研实践工作 ,研究了预制桩桩身应变计和侧向土压力盒设置方法和工艺 ,提出了一种简单可靠的钻孔灌注桩侧向土压力盒安装器。同时 ,基于现有试验设备 ,研制了桩顶静载和动载组合加载装置 ,为基桩在静载作用下进行大吨位动载试验解决了一个关键性试验技术难题。使用说明 ,上述试验技术和装置 ,可靠性高、效果好。本文比较详细的介绍这些试验技术成果 ,期与大家交流和共同探索 。 展开更多

关键词 预制桩 钻孔灌注桩 应变计 土压力盒 埋置方法和工艺 大吨位静动载组合装置

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动静组合作用下刀具破岩机制数值分析 被引量：5

14

作者 廖志毅 梁正召 +1 位作者 唐春安 杨岳峰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期2682-2689,2698,共9页

基于细观损伤有限元方法,模拟分析了刀具在单一动载、动静联合荷载、静态围压条件下动静联合荷载3种情况下岩体破碎的全过程。模型采用黏弹性人工边界剔除了边界应力波反射对模拟结果准确性的影响。数值模拟结果表明:在弹性情况下,静压... 基于细观损伤有限元方法,模拟分析了刀具在单一动载、动静联合荷载、静态围压条件下动静联合荷载3种情况下岩体破碎的全过程。模型采用黏弹性人工边界剔除了边界应力波反射对模拟结果准确性的影响。数值模拟结果表明:在弹性情况下,静压的存在对岩体内部最小主应力值影响不大,却显著提高了材料内部最大主应力水平,增大了剪应力的大小,导致剪切破坏可能性增加;当有围压存在时,岩体内部受拉区域减少,岩体强度有所提高。单一动载和动静联合荷载破岩时,岩体内部除刀头附近呈现少量压破坏外,破坏均以拉破坏为主;而围压条件下,岩体破碎面积相对减小,裂纹在围压的作用下向两侧自由面延伸,岩体内部破坏形式则趋于多样化,压破坏比重明显增大,整体表现为拉压复合作用。模拟结果还表明,刀头侵入量主要受动载力大小影响,在相同幅值增量下,动载力增加导致的刀头侵入量远大于静压增加所导致的侵入量。相对单一动载和静压作用下的岩石破碎机制来说,动静组合加载破岩的研究还需更为深入的探讨。研究结果可望对岩体破坏机制以及地下工程作业等实际应用提供一定的参考。 展开更多

关键词 岩石力学 破岩 动静组合荷载

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高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的静态及动态力学特性研究 被引量：2

15

作者 满轲 刘晓丽 +3 位作者 宫凤强 马洪素 陈振鸣 王驹 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第17期146-156,共11页

基于MTS815及SHPB装置,分别进行了高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的静态及动态力学特性试验。针对该区域的钻孔花岗岩岩芯,开展了一系列的静态拉伸、静态单轴压缩、动态拉伸、动态压缩,以及一维动静组合拉伸加载试验。特别是... 基于MTS815及SHPB装置,分别进行了高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的静态及动态力学特性试验。针对该区域的钻孔花岗岩岩芯,开展了一系列的静态拉伸、静态单轴压缩、动态拉伸、动态压缩,以及一维动静组合拉伸加载试验。特别是,该批次试验所用岩芯均取自同一深度处(深度360 m左右)的花岗岩,所获得的对比与分析结果对于同一岩石力学特性研究更有代表性意义。测试结果显示:该花岗岩的静态拉伸强度约为11.75 MPa,单轴压缩强度约为175 MPa。单轴压缩强度约为抗拉强度的14倍。在加载率为0.34×10~6~0.51×10~6MPa/s时,其动态拉伸强度约为25~35 MPa。在应变率为80~160 s^(-1)时,其动态压缩强度测试值区间为138~208 MPa。并且随着加载率或应变率的提高,无论是动态拉伸强度特性或动态压缩强度特性均随之增大,这说明了花岗岩的率相关加载效应特性。进一步的实施了该花岗岩的一维动静组合拉伸加载试验,发现随着轴向静压的增大,岩石的抗冲击强度呈现出先增大后减小的趋势。大约在静载抗拉强度的50%时,抗冲击拉伸强度达到最大值,随后平缓减小。并且,随着轴向静压的增大,岩石的动静组合拉伸强度亦随之快速增大,最大可达到静载拉伸强度的3倍,抗冲击拉伸动载的1.5倍。同时,在冲击破坏情况下,岩石组合加载破坏模式呈现拉伸破坏,与静态拉伸破坏及一般冲击下的劈裂破坏特征基本一致。综上表明,该地段试验深度处的钻孔岩芯,其力学特性较为稳定,从工程建造角度而言,可作为高放废物地质处置的一个参考预选地段。但试验获取数据尚未充足,需通过不同钻孔以及不同深度处岩石的动、静力学特性试验及渗透试验、地应力测试等其它试验项目,进一步深入研究其在不同轴向静压及不同冲击动载下,岩石承受的临界动载荷值等力学特性。该研究的试验数据与理论可支撑于深部地下工程的爆破开挖及高放废物的深地质处置。 展开更多

关键词 高放废物地质处置 岩石力学 静力学加载 动力学加载 动静组合加载

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不同动静载荷组合作用下盘形滚刀破岩机制 被引量：8

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作者 张桂菊 谭青 劳同炳 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期540-549,共10页

为了研究TBM盘形滚刀在不同动静载荷组合作用下切削花岗岩过程中的切削特性,在动静载荷组合作用下对盘形滚刀进行受力分析,采用颗粒离散元法建立岩石破碎全过程的二维数值模型,研究破岩过程岩石内部的裂纹扩展情况、内应力分布情况以及... 为了研究TBM盘形滚刀在不同动静载荷组合作用下切削花岗岩过程中的切削特性,在动静载荷组合作用下对盘形滚刀进行受力分析,采用颗粒离散元法建立岩石破碎全过程的二维数值模型,研究破岩过程岩石内部的裂纹扩展情况、内应力分布情况以及盘形滚刀的贯入度和破岩比能耗,分析在不同动静载荷组合作用下盘形滚刀破岩的情形,得到破岩效果最优的动静载荷组合。研究结果表明:随着静载荷和冲击动载荷增加,盘形滚刀的贯入度增加;盘形滚刀在动静载荷组合作用下破岩过程分为3个阶段,岩石内部应力基本符合J.Boussinesq应力圆规律;动静组合载荷作用下,岩石内部萌发的侧向裂纹比中间裂纹扩展得更快,以受拉破坏为主;破碎体积、贯入度和破岩效率相对于单一静载或单一动载有很大的提高;合理选取动静组合载荷能使破岩比能耗最小,破岩效果最好。 展开更多

关键词 滚刀 PFC软件 破岩特性 比能耗 动静组合载荷

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动静组合载荷作用下岩石破碎损伤断裂力学分析 被引量：7

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作者 谢世勇 卢花 赵伏军 《金属矿山》 CAS 北大核心 2008年第11期20-24,共5页

分析了动静组合载荷破岩的载荷-侵深特征曲线,确定组合载荷合理的加载点是在岩石已发生体积破碎、岩屑已崩出、压实体又得到充分压实之后。对岩石在动静组合载荷作用下破碎进行了损伤断裂力学分析,得到在一定范围内加大静压力和冲击力... 分析了动静组合载荷破岩的载荷-侵深特征曲线,确定组合载荷合理的加载点是在岩石已发生体积破碎、岩屑已崩出、压实体又得到充分压实之后。对岩石在动静组合载荷作用下破碎进行了损伤断裂力学分析,得到在一定范围内加大静压力和冲击力可以使破碎坑体积很快增加,从而提高破岩效率;在预加静载荷使岩石发生体积破碎之后再施加冲击载荷,此时岩石破碎效果最好的结论。 展开更多

关键词 动静组合载荷 岩石碰碎 损伤断裂力学

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工作面端头L形区煤柱体诱发冲击机理及防治研究 被引量：22

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作者 郭金刚 王伟光 +3 位作者 杨增强 何富连 赵勇强 郑铮 《矿业科学学报》 2017年第1期49-57,共9页

为了研究深部开采工作面端头L形区煤柱体失稳诱发两类典型的巷帮冲击地压,基于宝积山煤矿705综放工作面5次冲击地压显现与工作面推进位置关系,分析了一定围压条件下煤柱体的受力状态和力学响应,并推导出了煤柱体失稳破坏与作用载荷的关... 为了研究深部开采工作面端头L形区煤柱体失稳诱发两类典型的巷帮冲击地压,基于宝积山煤矿705综放工作面5次冲击地压显现与工作面推进位置关系,分析了一定围压条件下煤柱体的受力状态和力学响应,并推导出了煤柱体失稳破坏与作用载荷的关系。利用FLAC3D软件应变软化模型模拟研究了集中静载荷和动载荷组合作用下煤柱体的应力-应变特性,结果表明:初始静载荷变化对煤柱体失稳发生冲击的影响作用要高于动载荷变化,集中静载荷起储存冲击能作用,动载荷起诱发冲击作用。提出锚网索支护+高压水射流巷帮卸压协同作用防治巷道冲击地压方法,模拟分析显示围岩应力分布满足强弱强(3S)三重防冲结构,围岩结构弯矩分布均匀合理。本研究为协同作用防治巷道冲击地压提供了理论依据。 展开更多

关键词 冲击地压 L形区煤柱体 动静载叠加 应变软化 协同作用

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动静载荷耦合作用下复合煤岩体的力学特性及破坏特征 被引量：11

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作者 朱传杰 马聪 +2 位作者 周靖轩 任洁 余琪 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期817-829,共13页

为了弄清瓦斯爆炸与煤岩动力灾害下巷道失稳破坏的机制,利用MTS伺服压力机和霍普金森压杆系统,研究了复合煤岩体在静态和动态载荷下的破坏特征,以及煤岩厚度比例、煤岩组合角度和冲击方向对煤岩体力学性能和破坏形式的影响。试验采用高... 为了弄清瓦斯爆炸与煤岩动力灾害下巷道失稳破坏的机制,利用MTS伺服压力机和霍普金森压杆系统,研究了复合煤岩体在静态和动态载荷下的破坏特征,以及煤岩厚度比例、煤岩组合角度和冲击方向对煤岩体力学性能和破坏形式的影响。试验采用高和直径均为50 mm的圆柱形试样,选取烟煤和砂岩为实验材料。试验设置的煤岩厚度比例分别为0∶1,1∶2,1∶1,2∶1和1∶0,煤岩组合角度分别为0°,15°,30°,45°,60°和90°。在动态冲击试验中,分别设置冲击煤样和冲击岩样2种载荷施加方向,来观察冲击方向对复合煤岩体力学性能的影响。研究结果表明:煤岩厚度比例越高,复合煤岩体的抗压强度和弹性模量越小;随着组合角度的增加,复合煤岩体的弹性模量逐渐增加,弹性模量最大的组合角度为90°,弹性模量最小的角度为0°;抗压强度先减小后增加,组合角度为45°时,抗压强度最小,组合角度为90°时,抗压强度最大。与冲击煤样相比,冲击岩样时复合煤岩体的抗压强度和弹性模量较大,极限应变略低。在单轴加载下,复合试样组合角度小于45°时主要以劈裂破坏为主,45°时劈裂破坏和压剪破坏并存,大于45°时为沿交界面的剪切破坏。在动态载荷下,45°角的应力-应变曲线由于煤岩接触面滑移没有出现回弹现象,且此时动态抗压强度最小。 展开更多

关键词 组合方式 复合煤岩体 破坏特征 力学特性 动静加载

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动静组合加载下砂岩破坏机制及裂纹密度试验研究 被引量：19

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作者 王伟 梁渲钰 +3 位作者 张明涛 贾泽钰 张思怡 王奇智 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2647-2658,共12页

为探讨砂岩在动静组合加载条件下的破坏特征及损伤规律,采用三维动静组合分离式Hopkinson压杆测试系统对砂岩试样进行了多组动静组合、不同加载速率条件下的冲击试验,利用CT扫描与数字岩芯技术得到了砂岩试样内部不同截面的破坏图和损... 为探讨砂岩在动静组合加载条件下的破坏特征及损伤规律,采用三维动静组合分离式Hopkinson压杆测试系统对砂岩试样进行了多组动静组合、不同加载速率条件下的冲击试验,利用CT扫描与数字岩芯技术得到了砂岩试样内部不同截面的破坏图和损伤后试样内部的三维重构图及裂纹密度,研究了砂岩在不同受力情况下的破坏形式和破坏机制,并对轴压、围压及应变率对砂岩裂纹密度的影响规律进行了探究。试验结果表明:常规动态冲击作用下,砂岩的动态破坏形式为典型的拉伸劈裂破坏;一维动静组合加载下,砂岩的动态破坏形式为典型的压剪破坏,内部呈现出共轭双曲线形的压剪面;三维动静组合加载下,砂岩的动态破坏形式同样表现为压剪破坏,但内部破坏面为圆台(锥)形,并对不同加载条件下砂岩的动态破坏机制进行了分析。在不同加载状态下砂岩的裂纹密度随应变率的增加均呈递增趋势,轴压、围压的施加限制了裂纹的产生和增长速率,围压相对于轴压对裂纹产生和扩展的限制程度更大,并从砂岩的抗压强度和裂纹产生的补偿空间角度对其进行了解释;利用轴压、围压模拟地应力,分析了地下0、200、400、600 m处应变率对砂岩裂纹密度的影响规律,并对其进行了定量分析,若要产生同样效果的裂纹密度,地下600 m处的砂岩所需应变率大约是无地应力状态下的3.4倍。从裂纹密度角度构建了不同加载状态下损伤变量和应变率之间的量化关系式,该研究结果可为无临空面爆破开采过程中不同爆炸应力波与岩石内部裂纹开展程度的量化问题提供了参考。 展开更多

关键词 砂岩 动静组合加载 CT扫描 破坏机制 应变率 裂纹密度

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