基于机械冲击破岩模型的数值试验分析

数值试验方法作为机械冲击破岩研究的补充手段,可以从微观的角度深入分析岩石破碎内在机理。该文利用RHT本构模型描述岩石在机械冲击下的动态响应,采用显式动力学方法建立机械冲击破岩的数值试验模型,并通过物理试验证实了数值模型的正确性,进而对机械冲击破岩数值试验中岩石损伤形成和分布规律进行分析。研究表明:在机械冲击载荷作用下,宏观上岩石表面形成破碎坑,微观上机械齿作用点下方形成许多细密裂纹;随着机械齿冲击深度的增加,岩石内部中心裂纹逐渐向深处延伸;岩石表面破碎坑的周围形成许多细密的放射状裂纹,其中径向裂纹有向岩石表面扩展的趋势。利用数值试验模拟单、双齿冲击破碎岩石过程,可以直观显示岩石内部失效规律和损伤分布,对学生深入理解机械冲击载荷下岩石破碎机制具有重要的指导作用。

磨料射流冲击割缝岩石性能影响因素分析

为研究前混合磨料射流冲击割缝岩石性能,将两相随机混合的光滑粒子用于模拟磨料射流,基于RHT(Riedel Hiermaier Thoma)本构模型建立了岩石割缝流固耦合数值模型。模拟和实验岩石割缝深度随射流横移速度变化规律一致,建立了数值模拟和实验磨料射流横移速度关系。岩石割缝位置中心和边缘的岩石单元损伤失效速率不同,分别呈现瞬时损伤失效和多次阶跃累积损伤特征。磨料颗粒冲击岩石概率与磨料射流浓度有关,当磨料浓度小于10%时,岩石割缝深度上升较快。岩石割缝深度随射流直径增大呈指数上升并趋于不变,后侧磨料颗粒冲击岩石作用随射流直径增大而减弱,当射流直径大于1.2 mm以后,岩石割缝深度均近似等于6.3 mm。岩石割缝深度随射流压力总体呈上升趋势,但在15 MPa~35 MPa压力范围内,磨料射流割缝岩石深度增大速率相对较低。该研究结果对前混合磨料射流横移速度、浓度、压力和直径等参数选择具有重要的指导作用。