不同冲击载荷作用下岩石的破碎与能量耗散的研究

发布时间：2017-08-30 10:20

  本文关键词：不同冲击载荷作用下岩石的破碎与能量耗散的研究

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【摘要】：矿岩材料受动态加载作用下的动态力学性质表现特征和撞击破碎能耗演化过程是非常复杂的。本文通过单轴条件下霍普金森冲击加载实验,获得花岗岩试件、混合岩试件以及磁铁石英岩试件三种岩石试件的破碎能量耗散规律基础数据,为实验室理论研究和指导工程实践提供坚实基础支撑资料。同时,将实验室试验研究获得的岩样破碎能耗成果,分别用于齐大山铁矿花岗岩区域、混合岩区域和磁铁石英岩区域进行实际工程爆破试验,收集现场矿岩爆破破碎特征、效果,分析得到的破碎能耗规律与实验室结果的相似性。现将本文通过实验和理论分析的主要内容包括:1、本文通过试验发现岩石试样动态应力-应变变化规律与静态实验得出的实验结果相似。通过对岩石受到冲击荷载作用破坏前从初始变形过度至弹塑性变形直至损伤破坏的过程分析,揭示了岩石的动态破坏历程。通俗的讲,当岩石试件受到冲击荷载作用时,其自身的空隙、微裂隙被挤压致使相对空间被迫减小、错动甚至出现新的缺陷。另外,冲击试验发现岩石的动态抗压破坏强度大小随冲击加载速度的增加而加大。同时,在相同冲击速度下,三种岩石试件的抗压破坏强度表现为花岗岩最大、磁铁石英岩次之以及混合岩最小的特征。三种岩石试件的平均应变率随冲击加载速度的增加而增大,且在相同冲击加载作用下磁铁石英岩的平均应变率表现最大、花岗岩平均应变率次之以及混合岩平均应变率最小的动态力学特性。2、通过霍普金森冲击试验可以发现,弹头的冲击入射能量与岩石的有效破碎能耗间成增函数关系,即有效破碎能耗随冲击入射能量的增大而增大。具体而言,试件受相同入射能量冲击时,花岗岩试件的有效破碎能随入射波能量的增加而增加最大、磁铁石英岩试件的有效破碎能次之以及混合岩试件的有效破碎能最小的规律。这一规律反应出岩石试件的能量利用率,从试件自身角度分析可知,花岗岩和磁铁石英岩试件结构相对混合岩致密、裂隙等缺陷较弱,故在受到相同冲击入射能时用在缺陷变形能耗就相对少,从而对应的有效破碎能耗值就大。从宏观上看,三种岩石试件破碎块度与入射能耗间呈减函数关系,即入射能量越大试件破碎块度越小,且在相同入射能冲击时,混合岩试件块度最大、花岗岩块度次之以及磁铁石英岩最小的特征。3、将实验室得到的破碎能耗规律按相似性规律,移植到齐大山铁矿进行现场试验,通过调节炸药单耗获得不同三轴围压下能耗释放量。大量收集现场破碎块度分析可知,岩石的破碎块度与炸药能耗之间的关系与实验室大致相同。试样破碎后的平均块度大小随着炸药单耗的增加而不断的减小,二者之间的呈线性下降关系。这一特征看似与实验室得到非线性关系有所不同,因为实验室测试敏感度高,能全方位展现实验参数与实验结果的关系。它们本质是相同的,都是破碎块度随破碎能耗的增加而减小。故而可以通过实验室冲击能量耗散实验,掌握岩石破碎能量耗散规律,对指导矿山有效利用爆破能量破碎矿石的提高矿山经济效益意义重大。
【关键词】：动态加载 冲击能耗 岩石动态力学 霍普金斯实验
【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】：TD315
【目录】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 1. 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2. SHPB实验原理11-12
• 1.2.1 SHPB实验装置11-12
• 1.3 破碎矿岩能量规律12
• 1.4 一维应力波破碎能量本构关系12-13
• 1.5 岩石动力学特性13-14
• 1.6 国内外研究现状14
• 1.7 本文主要实验内容及研究理念14-16
• 2. SHPB冲击加载实验16-36
• 2.1 实验准备16-18
• 2.2 岩样的制备18-19
• 2.3 实验仪器调试及数据记录19-20
• 2.4 SHPB实验数据处理20-21
• 2.5 冲击速度与平均应变率关系分析21-23
• 2.6 冲击速度与抗压强度的关系分析23-24
• 2.7 试件破坏模式的分析24-25
• 2.8 试件破坏历程分析25-28
• 2.9 冲击荷载下岩石试件的弹性模量分析28-32
• 2.10 岩石试件破碎效果分析32-36
• 3. 冲击实验试件破碎能耗特性分析36-46
• 3.1 霍普金森冲击能量构成36-38
• 3.2 入射波与破碎能耗38-40
• 3.3 入射波能量与能时密度40-41
• 3.4 入射波能量与破碎块度41-42
• 3.5 有效破碎能耗与破碎块度42-43
• 3.6 能时密度与破碎块度43-44
• 3.7 冲击其它能耗与破碎块度44-45
• 3.8 破碎能耗利用率分析45-46
• 4. 矿山爆破破碎试验46-52
• 4.1 现场爆破实验46-49
• 4.2 爆破振动波检查与分析49-52
• 5. 结论与展望52-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况59-60
• 作者简介60-61

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本文编号：758731