预应力下组合试件冲击荷载试验能量耗散研究

为研究矿房爆破回采时,爆破动荷载对相邻尾砂胶结矿柱的稳定性影响,基于分离式霍普金森(SHPB)实验系统,对矿岩-胶结充填体组合试件开展三维动静组合SHPB实验,研究冲击荷载穿过矿岩对不同强度胶结充填体能量传递特性。试件在0.45MPa、0.50MPa、0.55MPa和0.60MPa四种冲击气压下,三种轴围压组合(Z_(0.9)-W_(1.8)、Z_(1.8)-W_(3.6)和Z_(2.7)-W_(5.4))条件下的能量传递特性经实验研究表明:Z_(0.9)-W_(1.8)时吸收能随着冲击气压增大,Z1.8-W3.6时吸收能随着冲击气压先增后减,透射能有细微增大。引入了实验的能量比例N_(X),发现80%以上的能量以反射能的形式返回入射杆;并建立四级筛分系统,统计分析试件破坏后的不同直径大小碎块的质量分数。

动静组合加载下花岗岩的力学性能

在霍普金森试验系统上进行了花岗岩动静组合加载试验,获得了花岗岩在动静组合加载下的力学性能。试验结果表明:当动载不变,改变静载大小,在弹性范围内,花岗岩强度随着静载增大而增大;当静载超过弹性极限时,花岗岩强度迅速降低;在其破坏过程中对冲击能量的吸收随静载增大而减小;变形模量呈现明显的两段特征。当静载不变,改变动载大小,花岗岩的强度随动载增大而增大;变形模量先随动载增大而增大,而后又突然变小,并不出现两段特征;在其破坏过程中对冲击能量的吸收随动载应变率的增大而逐渐增大。所得结果为岩爆、深部破岩等研究提供实验依据。

动静组合加载下含不同倾角裂隙岩石的力学特性与破坏规律

深部裂隙岩体开挖受初始地应力和外界动力扰动的共同作用。本文基于改进的霍普金森压杆和数字图像相关技术,对完整和含不同裂隙倾角的花岗岩进行预静载下的冲击试验,研究了动静组合加载下预制裂隙对岩石动态力学响应和破坏特性的影响规律。结果表明,完整试样和含不同裂隙倾角试样的峰值应变和动态强度随着轴向静压的增加而减小,加载方向90°的裂隙对峰值应变、动态强度和组合强度只有较弱的降低程度,而45°和0°裂隙则有明显的降低作用。含90°裂隙试样在中低轴向静压下发生剪切-拉伸复合破坏,在高轴向静压下发生剪切破坏。含45°和0°裂隙试样在不同的轴向静压下由于预制裂隙的影响均发生宏观剪切破坏。基于数字图像相关技术发现,在宏观裂纹(包括剪切和拉伸裂纹)形成前的微裂纹均属于拉伸裂纹,含45°和0°裂隙试样,在预制裂隙尖端要远早于其他位置产生的拉应变和剪应变集中。

蓄能落锤式动静组合加载试验系统研制及应用

针对深部矿井中煤岩所处的高应力、强开采扰动等复杂的赋存环境特点,设计并研发蓄能落锤式动静组合加载试验系统,本文详细介绍了该系统的结构特点、技术指标及功能等。该系统能够分别独立向试样施加轴向冲击载荷、轴向静载荷及侧向静载荷,实现试样不同动静组合加载。该系统所用试样尺寸大,向试样施加的冲击载荷更接近现场实际。采用冲击力传感器及动态应变仪等高精度传感器进行实时监测,记录试样应变及所受冲击载荷。利用该系统对煤样进行了相同轴向载荷与不同冲击载荷共同作用下的动静组合加载试验,实时采集煤样冲击过程中力与应变数据。通过绘制冲击过程煤样应力应变曲线,分析不同动静组合加载下煤样应力及应变的变化特点,通过观察煤样形态,分析煤样的破坏变形特征,初步研究不同动静组合条件下煤样的破坏变形规律。该系统的研制丰富了深部高应力、强扰动等环境下岩石力学性质的研究手段,可为防治冲击地压灾害提供科学的试验基础。