本文關(guān)鍵詞：不同沖擊載荷作用下巖石的破碎與能量耗散的研究

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【摘要】：礦巖材料受動(dòng)態(tài)加載作用下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)特征和撞擊破碎能耗演化過程是非常復(fù)雜的。本文通過單軸條件下霍普金森沖擊加載實(shí)驗(yàn),獲得花崗巖試件、混合巖試件以及磁鐵石英巖試件三種巖石試件的破碎能量耗散規(guī)律基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為實(shí)驗(yàn)室理論研究和指導(dǎo)工程實(shí)踐提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)支撐資料。同時(shí),將實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究獲得的巖樣破碎能耗成果,分別用于齊大山鐵礦花崗巖區(qū)域、混合巖區(qū)域和磁鐵石英巖區(qū)域進(jìn)行實(shí)際工程爆破試驗(yàn),收集現(xiàn)場(chǎng)礦巖爆破破碎特征、效果,分析得到的破碎能耗規(guī)律與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的相似性。現(xiàn)將本文通過實(shí)驗(yàn)和理論分析的主要內(nèi)容包括:1、本文通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)巖石試樣動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變變化規(guī)律與靜態(tài)實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似。通過對(duì)巖石受到?jīng)_擊荷載作用破壞前從初始變形過度至彈塑性變形直至損傷破壞的過程分析,揭示了巖石的動(dòng)態(tài)破壞歷程。通俗的講,當(dāng)巖石試件受到?jīng)_擊荷載作用時(shí),其自身的空隙、微裂隙被擠壓致使相對(duì)空間被迫減小、錯(cuò)動(dòng)甚至出現(xiàn)新的缺陷。另外,沖擊試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)巖石的動(dòng)態(tài)抗壓破壞強(qiáng)度大小隨沖擊加載速度的增加而加大。同時(shí),在相同沖擊速度下,三種巖石試件的抗壓破壞強(qiáng)度表現(xiàn)為花崗巖最大、磁鐵石英巖次之以及混合巖最小的特征。三種巖石試件的平均應(yīng)變率隨沖擊加載速度的增加而增大,且在相同沖擊加載作用下磁鐵石英巖的平均應(yīng)變率表現(xiàn)最大、花崗巖平均應(yīng)變率次之以及混合巖平均應(yīng)變率最小的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性。2、通過霍普金森沖擊試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),彈頭的沖擊入射能量與巖石的有效破碎能耗間成增函數(shù)關(guān)系,即有效破碎能耗隨沖擊入射能量的增大而增大。具體而言,試件受相同入射能量沖擊時(shí),花崗巖試件的有效破碎能隨入射波能量的增加而增加最大、磁鐵石英巖試件的有效破碎能次之以及混合巖試件的有效破碎能最小的規(guī)律。這一規(guī)律反應(yīng)出巖石試件的能量利用率,從試件自身角度分析可知,花崗巖和磁鐵石英巖試件結(jié)構(gòu)相對(duì)混合巖致密、裂隙等缺陷較弱,故在受到相同沖擊入射能時(shí)用在缺陷變形能耗就相對(duì)少,從而對(duì)應(yīng)的有效破碎能耗值就大。從宏觀上看,三種巖石試件破碎塊度與入射能耗間呈減函數(shù)關(guān)系,即入射能量越大試件破碎塊度越小,且在相同入射能沖擊時(shí),混合巖試件塊度最大、花崗巖塊度次之以及磁鐵石英巖最小的特征。3、將實(shí)驗(yàn)室得到的破碎能耗規(guī)律按相似性規(guī)律,移植到齊大山鐵礦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),通過調(diào)節(jié)炸藥單耗獲得不同三軸圍壓下能耗釋放量。大量收集現(xiàn)場(chǎng)破碎塊度分析可知,巖石的破碎塊度與炸藥能耗之間的關(guān)系與實(shí)驗(yàn)室大致相同。試樣破碎后的平均塊度大小隨著炸藥單耗的增加而不斷的減小,二者之間的呈線性下降關(guān)系。這一特征看似與實(shí)驗(yàn)室得到非線性關(guān)系有所不同,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室測(cè)試敏感度高,能全方位展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系。它們本質(zhì)是相同的,都是破碎塊度隨破碎能耗的增加而減小。故而可以通過實(shí)驗(yàn)室沖擊能量耗散實(shí)驗(yàn),掌握巖石破碎能量耗散規(guī)律,對(duì)指導(dǎo)礦山有效利用爆破能量破碎礦石的提高礦山經(jīng)濟(jì)效益意義重大。
【關(guān)鍵詞】：動(dòng)態(tài)加載 沖擊能耗 巖石動(dòng)態(tài)力學(xué) 霍普金斯實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD315
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 1. 緒論10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2. SHPB實(shí)驗(yàn)原理11-12
• 1.2.1 SHPB實(shí)驗(yàn)裝置11-12
• 1.3 破碎礦巖能量規(guī)律12
• 1.4 一維應(yīng)力波破碎能量本構(gòu)關(guān)系12-13
• 1.5 巖石動(dòng)力學(xué)特性13-14
• 1.6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14
• 1.7 本文主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及研究理念14-16
• 2. SHPB沖擊加載實(shí)驗(yàn)16-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備16-18
• 2.2 巖樣的制備18-19
• 2.3 實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)試及數(shù)據(jù)記錄19-20
• 2.4 SHPB實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理20-21
• 2.5 沖擊速度與平均應(yīng)變率關(guān)系分析21-23
• 2.6 沖擊速度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系分析23-24
• 2.7 試件破壞模式的分析24-25
• 2.8 試件破壞歷程分析25-28
• 2.9 沖擊荷載下巖石試件的彈性模量分析28-32
• 2.10 巖石試件破碎效果分析32-36
• 3. 沖擊實(shí)驗(yàn)試件破碎能耗特性分析36-46
• 3.1 霍普金森沖擊能量構(gòu)成36-38
• 3.2 入射波與破碎能耗38-40
• 3.3 入射波能量與能時(shí)密度40-41
• 3.4 入射波能量與破碎塊度41-42
• 3.5 有效破碎能耗與破碎塊度42-43
• 3.6 能時(shí)密度與破碎塊度43-44
• 3.7 沖擊其它能耗與破碎塊度44-45
• 3.8 破碎能耗利用率分析45-46
• 4. 礦山爆破破碎試驗(yàn)46-52
• 4.1 現(xiàn)場(chǎng)爆破實(shí)驗(yàn)46-49
• 4.2 爆破振動(dòng)波檢查與分析49-52
• 5. 結(jié)論與展望52-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 致謝58-59
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況59-60
• 作者簡介60-61

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