【摘要】：我國(guó)深部開(kāi)采過(guò)程中,圍巖處于顯著的高應(yīng)力擾動(dòng)環(huán)境。動(dòng)載作用下巖石拉伸力學(xué)特性的研究,是實(shí)現(xiàn)礦井圍巖穩(wěn)定性有效控制及安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)煤層頂板砂巖進(jìn)行動(dòng)態(tài)巴西圓盤(pán)試驗(yàn)。研究結(jié)果表明:砂巖動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度隨加載速率的升高逐漸增強(qiáng),這種依賴性在較高加載速率時(shí)更加顯著;砂巖動(dòng)態(tài)拉伸破壞經(jīng)歷主裂紋產(chǎn)生、微裂紋發(fā)育及裂紋相互貫穿3個(gè)階段;隨著加載速率的升高,試樣破壞方式逐漸從單一張拉破壞逐漸發(fā)展為張拉破壞與局部剪切破壞共存,碎塊平均體積逐漸減小,破壞程度逐漸提高;試驗(yàn)過(guò)程中,試樣破壞所需的耗散能量隨加載速率的升高逐漸增加,并且其占輸入能量的比例逐漸提高,即砂巖破壞過(guò)程中能量利用率逐漸提高。
【圖文】：

煤炭學(xué)報(bào)2017年第42卷圖1砂巖內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)Fig.1Internalmicrostructureofsandstone統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)與信號(hào)處理系統(tǒng)5部分，試樣放置于入射桿與透射桿之間。試驗(yàn)過(guò)程中，撞擊桿在高壓氣體的推動(dòng)下與入射桿碰撞，在入射桿中形成入射脈沖;入射脈沖在入射桿中傳播到達(dá)試樣的兩面時(shí)，該應(yīng)力脈沖作用到試樣上并在兩端試樣－壓桿界面多次反射透射，造成試樣的高速變形;與此同時(shí)，一部分脈沖被反射，另一部分脈沖通過(guò)試樣透射到入射桿中，分別形成了反射脈沖信號(hào)和透射脈沖信號(hào)。通過(guò)彈性壓桿上的應(yīng)變片，信號(hào)分別被記錄到采集系統(tǒng)內(nèi)。1.3試驗(yàn)方法采用動(dòng)態(tài)巴西圓盤(pán)試驗(yàn)對(duì)砂巖動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)改變輸入氣壓為砂巖試樣提供不同的加載速率。本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)6組加載氣壓，分別為P=0.30，0.35，0.40，0.45，0.50，0.55MPa。為了獲得更加可靠的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性參數(shù)，試驗(yàn)采用厚度1mm，直徑30mm的T2黃銅片作為波形整圖2分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2SHPBtestingsystem形器。圖3給出了未裝載試樣時(shí)的信號(hào)波形，由圖3可以看到:入射波波形呈半正弦波，在傳播過(guò)程中未產(chǎn)生明顯的橫向振動(dòng)，測(cè)試符合應(yīng)力波傳播的一維假設(shè);入射波上升沿達(dá)到1600μs，為試樣達(dá)到均勻應(yīng)力提供了充足時(shí)間，入射波與反射波波形疊加等于透射波，試驗(yàn)過(guò)程符合應(yīng)力均勻性假設(shè)。圖3典型SHPB應(yīng)力波形及假設(shè)驗(yàn)證Fig.3TypicalSHPBstresswaveformsandhypothesisverification1.4加載速率確定動(dòng)態(tài)巴西圓盤(pán)試驗(yàn)中，試樣中心點(diǎn)拉伸應(yīng)力計(jì)算公式為σ=P1+P2πDB(1)式中，P1，P2分別為試樣兩端壓桿作用載荷，如圖2所示;D，B分別為試樣直徑與厚度，分別為50，25mm。根據(jù)彈性壓桿理論［25］，P1，P2計(jì)算公式為P1=AEb(ε

夂喜⒃諏蕉聳匝鈹酛垢私緱娑?次反射透射，造成試樣的高速變形;與此同時(shí)，一部分脈沖被反射，另一部分脈沖通過(guò)試樣透射到入射桿中，分別形成了反射脈沖信號(hào)和透射脈沖信號(hào)。通過(guò)彈性壓桿上的應(yīng)變片，信號(hào)分別被記錄到采集系統(tǒng)內(nèi)。1.3試驗(yàn)方法采用動(dòng)態(tài)巴西圓盤(pán)試驗(yàn)對(duì)砂巖動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)改變輸入氣壓為砂巖試樣提供不同的加載速率。本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)6組加載氣壓，分別為P=0.30，，0.35，0.40，0.45，0.50，0.55MPa。為了獲得更加可靠的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性參數(shù)，試驗(yàn)采用厚度1mm，直徑30mm的T2黃銅片作為波形整圖2分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2SHPBtestingsystem形器。圖3給出了未裝載試樣時(shí)的信號(hào)波形，由圖3可以看到:入射波波形呈半正弦波，在傳播過(guò)程中未產(chǎn)生明顯的橫向振動(dòng)，測(cè)試符合應(yīng)力波傳播的一維假設(shè);入射波上升沿達(dá)到1600μs，為試樣達(dá)到均勻應(yīng)力提供了充足時(shí)間，入射波與反射波波形疊加等于透射波，試驗(yàn)過(guò)程符合應(yīng)力均勻性假設(shè)。圖3典型SHPB應(yīng)力波形及假設(shè)驗(yàn)證Fig.3TypicalSHPBstresswaveformsandhypothesisverification1.4加載速率確定動(dòng)態(tài)巴西圓盤(pán)試驗(yàn)中，試樣中心點(diǎn)拉伸應(yīng)力計(jì)算公式為σ=P1+P2πDB(1)式中，P1，P2分別為試樣兩端壓桿作用載荷，如圖2所示;D，B分別為試樣直徑與厚度，分別為50，25mm。根據(jù)彈性壓桿理論［25］，P1，P2計(jì)算公式為P1=AEb(εi+εr)P2=AEbε{t(2)式中，A為壓桿面積，πD2/4;Eb為壓桿材料彈性模量，210GPa;εi，εr，εt分別表示入射、反射、透射應(yīng)變信號(hào)。由圖2可以看出，試驗(yàn)過(guò)程符合應(yīng)力均勻假設(shè)，即存在εi+εr=εt(3)將式(2)，(3)代入式(1)可得σ=2AEb
【作者單位】： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院;徐州工程學(xué)院土木工程學(xué)院;
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)資助項(xiàng)目(2015CB251600) 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51421003);國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金資助項(xiàng)目(51322401)
【分類(lèi)號(hào)】：TD315

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 裴思行;材料的火藥式動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)技術(shù)[J];兵器材料科學(xué)與工程;1990年01期

2 張志云;;用動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)評(píng)定穿甲彈心材料[J];現(xiàn)代兵器;1984年07期

3 ;基礎(chǔ)理論[J];化纖文摘;2005年06期

4 金云學(xué);李俊剛;;TiC/Ti復(fù)合材料動(dòng)態(tài)拉伸的裂紋形成及擴(kuò)展機(jī)制[J];稀有金屬材料與工程;2007年05期

5 楊建波;李玉龍;索濤;宋保永;;薄壁異形環(huán)截面管材料環(huán)向動(dòng)態(tài)拉伸特性測(cè)試[J];爆炸與沖擊;2011年01期

6 藍(lán)林鋼;溫茂萍;李明;龐海燕;敬仕明;;PBX一維動(dòng)態(tài)拉伸性能實(shí)驗(yàn)研究[J];含能材料;2011年06期

7 熊榮剛;符仁鈺;蘇鈺;李麟;;動(dòng)態(tài)拉伸條件下TWIP鋼的斷裂機(jī)制[J];上海金屬;2008年05期

8 黃橋平;趙桂平;李杰;;碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)研究與損傷分析[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2009年06期

9 鄧高濤;王煥然;陳大年;;一種鋼板材料動(dòng)態(tài)拉伸本構(gòu)方程確定以及試件尺度效應(yīng)研究[J];工程力學(xué);2014年01期

10 楊俊杰;沈軍;張密林;;聚合物基復(fù)合材料動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能研究進(jìn)展[J];纖維復(fù)合材料;2009年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前4條

1 黃海波;李凡;;用動(dòng)態(tài)拉伸法研究復(fù)合材料的力學(xué)行為[A];第十二屆全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文集[C];2002年

2 馮家臣;彭剛;劉原棟;曲英章;;纖維增強(qiáng)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)研究[A];第五屆全國(guó)爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

3 田宏偉;郭偉國(guó);;纖維增強(qiáng)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)研究[A];第五屆全國(guó)爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

4 蔡傳榮;張瓊;;高硬度QBe2-CY合金動(dòng)態(tài)拉伸觀察[A];第七次全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];1993年

本文編號(hào)：2539021