冲击载荷作用下层状岩石破碎能耗及块度特征

作     者：武仁杰 李海波 李晓锋 于崇 夏祥 刘黎旺 WU Renjie;LI Haibo;LI Xiaofeng;YU Chong;XIA Xiang;LIU Liwang

作者机构：中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 莫纳什大学土木工程系澳大利亚维多利亚3801 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2020年第45卷第3期

页      面：1053-1060页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0820[工学-石油与天然气工程] 0817[工学-化学工程与技术] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0815[工学-水利工程] 0827[工学-核科学与技术] 0813[工学-建筑学] 0802[工学-机械工程] 0703[理学-化学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51439008 51679231 41572307)。 

主　　题：层状岩石 动态压缩 破碎能耗 块度分布 

摘      要：采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对0°,22.5°,45°,67.5°和90°五种不同层理倾角的层状岩石进行了不同冲击速度下的动态压缩试验,对破碎后的试样碎屑进行筛分,对比分析了层状岩石动态破坏时的块度分布特征;探讨了不同入射能对层状岩石反射能、透射能、耗散能密度和块度分布的影响。结果表明:对同一层理倾角试样,随着冲击速度增大,块度平均粒径逐渐减小,破碎程度逐渐增大;相同冲击速度下层理倾角为67.5°的试样破碎程度最大,0°试样破碎程度最小。分形维数可以很好的量化表征破碎块度分布特征,破碎块度越小,分形维数越大。相同入射能时,90°试样耗散能密度最大,0°或22.5°耗散能密度较小,表明高倾角试样能量利用率高,0°或22.5°的利用率较低。层理倾角为45.0°,67.5°和90.0°的试样在入射能相同时反射能较大,层理倾角为0°,22.5°的试样透射能较大,表明大倾角下无用功大多以反射波形式耗散,低倾角下无用功大多以透射波形式耗散;反射能、透射能与耗散能密度随入射能增大而增加;分形维数随耗散能密度增大而增大。高倾角时随能耗增大,试样破碎程度越剧烈;低倾角随耗散能密度增大,试样破碎趋势变化较小,产生新裂纹与破裂面所需能量较多。在实际工程中,选择45°~67.5°倾角的动态加载角度,不仅岩石强度较低,岩石破碎程度高,且能量利用率较高。