动态加载下饱水煤样力学特性及能量耗散规律

为探究饱水煤样在动态加载下的力学特性和能量变化特征,采用直径50 mm的分离式霍普金森杆装置(SHPB)对饱水和自然状态2种煤样开展冲击加载试验,分析含水状态对煤样的动态强度、应变、损伤和能量传递效率的影响。结果表明:在应变率14.25~59.57 s^(-1)内,水体对煤样动态强度具有双重作用,表现为低应变率弱化和高应变率强化;相同冲击载荷下,自然、饱水煤的变形差异显著,最大应变相差38.46%;煤样含水状态显著影响能量传递效率,其中自然和饱水煤样的能耗密度均与入射能呈线性增长关系,且自然煤能量反射率大于饱水煤能量反射率,自然煤透射率小于饱水煤透射率,耗散率二者近似相等。

饱水石灰岩冲击过程中能量耗散特性

喀斯特地貌地区地下空间的建设普遍受地下水影响,岩石的含水情况严重影响岩石的力学特性,与地下工程建设及爆破的安全性息息相关。利用Φ50mm分离式霍普金森杆装置(SHPB)分别对含水处理后的饱水石灰岩和自然状态下的自然石灰岩(50 mm×30mm的圆柱岩样)采取动态加载试验。研究结果表明:动态冲击中,自然条件岩样的应力集中破坏以原生裂纹端部为主,饱水岩样内部自由水将原生裂纹端部充填,阻碍岩样裂纹扩展,导致饱水岩样的应力集中现象弱化,损伤破坏需耗散更多的能量;不同环境下的两种岩样耗散能随时间均呈稳定的“S”形发育,其耗散能随冲击气压增大而增大,轴压增加时,相同冲击气压能量耗散相对较少;岩样吸收入射能与破碎耗能密度呈线性关系,岩样吸收水后虽体积增大,但其能量利用率亦远高于自然条件下的岩样;自然岩裂纹扩展系数增长速率大于饱水岩,随应变率增大,自然岩裂纹扩展系数加大,破坏更明显。