冲击载荷下岩石微结构特征与破碎块度关系的试验研究

发布时间：2017-08-07 13:36

  本文关键词：冲击载荷下岩石微结构特征与破碎块度关系的试验研究

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【摘要】：在矿山生产爆破背景下,从技术设备和生产效率两方面限制了爆破设计人员对岩石原始损伤和次生损伤的详细认识,因此在具体爆破设计中对岩石损伤的认识多以经验为主。作为一种复杂的地质产物,岩体中存在着原始裂纹(损伤)和外载荷作用下的次生损伤。在爆破荷载作用下这些原始裂纹和次生裂纹的扩展发育是导致岩石破碎的一个重要因素。针对矿山爆破设计中对岩体原始损伤不够重视的情况,需要一种较为定量且便捷的方式将岩石表面的损伤描述出来,从而将岩石损伤量引入到岩体爆破设计中去。通过动载荷下岩石微结构与岩石破碎块度关系的试验研究,为今后进一步研究通过观测岩体表面损伤近似代替岩体内部损伤从而控制爆破效果的方法提供理论依据。借助扫描电镜对试件表面进行扫描分析,通过计盒维数的方法得出岩石试件破碎前表面裂隙的分形维数。将分形维数作为表征岩石微结构特征的一个指标,同时类比已有损伤描述方法尝试提出了一个裂纹密度大小的表征指标。通过杆径50mm的分离式霍普金森实验装置,对取自东鞍山铁矿的花岗岩、千枚岩、赤铁石英岩和磁铁石英岩岩石试件进行冲击试验。通过对霍普金森冲击试验数据分析得出了冲击载荷作用下岩石的力学性质和能量耗散特征。在同一弹头下的动态加载过程中,随冲击速度增大入射能增大,比能吸收也增大,抗压强度的动态增强因子随应变率的增加有增大的趋势。通过筛分实验数据得到岩石冲击破碎后块度分布的特征尺寸和均匀系数,以及块度分布的分形维数。块度分布的分形维数可以较好地表征岩石碎块的综合破碎程度。冲击速度的提高导致入射能的增大和岩石耗散能的提高进而造成岩石破碎程度增加,块度分形维数也随之增大。对比块度分布的分形维数与岩石微结构特征分形维数,发现两者近似成反比例关系。并以入射能作为加载指标,破碎块度分布的分形维数作为破碎程度的指标,岩石表面分形维数作为微结构特征的描述指标拟合分析了不同岩石三者的关系。
【关键词】：微结构特征 能量耗散 破碎块度 扫描电镜
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD235.11
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 前言9
• 1.2 研究现状9-13
• 1.3 选题背景与目的13-15
• 2 岩石的微结构描述与测量15-23
• 2.1 描述方法分析15
• 2.2 电镜扫描实验15-19
• 2.2.1 岩石试件制备15-18
• 2.2.2 实验过程18-19
• 2.3 电镜扫描图像分析19-23
• 2.3.1 岩石试样微结构特征分析19
• 2.3.2 分形与计盒维数法19-20
• 2.3.3 实验数据获取20-23
• 3 霍普金森冲击实验23-30
• 3.1 实验目的23-25
• 3.2 冲击破碎实验过程25-30
• 3.2.1 试验方案25-27
• 3.2.2 试验数据27-30
• 4 冲击破碎能耗与破碎特征分析30-39
• 4.1 动态强度特征30-34
• 4.2 能量耗散特征34-39
• 5 冲击载荷下岩石破碎块度分布模型39-48
• 5.1 冲击荷载下岩石破碎块度分布39-45
• 5.2 块度分布分维模型45-46
• 5.3 块度指标与损伤指标和冲击荷载关系模型46-47
• 5.4 小结与讨论47-48
• 6 结论48-49
• 参考文献49-52
• 致谢52-53
• 作者简介53-54

【参考文献】

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本文编号：634958