摆锤冲击加载下砂岩中应变率动力特性的试验研究

利用摆锤冲击加载SHPB试验装置，通过改变摆锤锤头的形状和控制锤头的冲击速度，以获得较为理想的加载波形，进行岩石动态压缩试验和动态巴西盘试验，测试砂岩试样的动态抗压强度和抗拉强度，并分析砂岩试样的抗压和抗拉强度随摆锤锤头冲击速度的变化规律。动态抗压强度试验过程中岩样破裂时的应变率为100～102/s，这是人们通常认为的中应变率范围，动态巴西盘试验时试样中心拉应力所对应的加载速率为100～400 GPa/s。测得砂岩试样的动态抗压和抗拉强度都随着摆锤冲击速度的增大而增大，表现出一定的应变率相关性。巴西盘试样最终沿着加载直径方向破坏成两半，但是试样和入射杆、透射杆接触面处的“V”字型破坏区随着冲击速度的增大而趋于明显。摆锤冲击加载的优势在于能够直接获得岩石分离式霍普金森压杆（SHPB）试验所需的理想的入射波形，该装置为测试中应变率条件下岩石的强度和破裂过程提供了一种试验手段。

动态扰动对围岩力学性质及破坏模式的影响

矿山开采过程中,围岩容易受到掘进爆破等动态扰动作用而产生失稳破坏。为此,使用Blast-UM型爆破测振仪对新城金矿Ⅳ#矿体-680 m中段开采过程中的爆破震动信号进行监测,利用小波变换技术将监测信号转换为应力波形,利用自行研制的摆锤冲击加载SHPB试验装置,通过改变锤头的形状和控制锤头的冲击速度,以获得与监测波形较为相似的加载波形,对取自-680 m中段花岗岩试样进行动态巴西盘试验。研究结果表明:花岗岩的动态抗拉强度随着冲击速度的增大而增大,并表现出明显的应变率效应。试样沿着加载直径方向呈现劈裂破坏模式,与入射杆、透射杆接触面处的"V"字型破坏区随着冲击速度的增大而趋于明显。所设计的试验装置为测试巷道围岩的动态破坏机理提供了一种有效的试验手段。