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巷道内径向裂纹在冲击载荷作用下的起裂与扩展研究

发布时间:2021-03-01 13:06
  为了研究在冲击载荷作用下巷道围岩周边径向裂纹的破坏机制,利用落锤冲击试验机冲击含径向裂纹的砂岩拱形巷道模型,裂纹与巷道拱顶圆弧圆心成不同倾角(θ=0°~90°),借助裂纹扩展计及应变片确定试样裂纹的起裂时刻及裂纹传播速度,并分析裂纹扩展路径中的止裂问题和计算起裂韧度,随后进行相关的数值模拟。研究发现:Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹的扩展行为与Ⅰ型及Ⅱ型起裂韧度都有较大关系,同时与预制裂纹倾角θ也有较大关系,动载荷下的Ⅰ型起裂韧度与静载荷下的Ⅰ型起裂韧度存在很大差异;纯Ⅰ型裂纹起裂方向与原裂纹方向相同,并在扩展过程中存在止裂现象,但Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹与原裂纹成一定夹角起裂并扩展形成翼型裂纹,随后沿着巷道的对称轴中间区域进行扩展;巷道模型在动力载荷作用与静力载荷作用下,两侧边墙的破坏行为有很大差别。 

【文章来源】:采矿与安全工程学报. 2019,36(02)北大核心

【文章页数】:9 页

【部分图文】:

巷道内径向裂纹在冲击载荷作用下的起裂与扩展研究


模型尺寸简图(b)巷道模型试件实物图图1单裂纹巷道模型Fig.1Tunnelmodelwithasinglecrack(a)巷道

冲击加载


?釉刈爸靡谰?SHPB试验装置进行装配。入射板与透射板选择弹性材料LY12CZ铝合金,该材料物理参数如表1所列。入射板尺寸为3000mm×300mm×30mm,透射板尺寸为2000mm×300mm×30mm。弹性杆件理论纵波波速c0=5015.76m/s,实测纵波波速c1=5006.1m/s。在入射板上分别贴有3张应变片来记录高速落锤冲击加载的脉冲信号,距巷道模型试件加载端上端面的距离分别为0.5,1.5,2.5m,经过多次试验所得脉冲信号进行对比分析决定选择SGi1作为入射脉冲采集信号端,加载装置如图3所示。图3冲击加载装置Fig.3Impactloadingdevice

预制裂纹,起裂


采矿与安全工程学报第36卷260为了准确地计算纯I型裂纹每2.2mm阶段向前的传播速度,对图6(a)每根栅丝之间裂纹扩展速度进行统计分析,结果如图6(b)所示。裂纹的扩展速度在不断地跳跃,不是定值,且裂纹止裂时裂纹扩展的平均速度为51.40m/s,远小于其他阶段的扩展速度。根据每阶段的速度进行求平均值,可以知道该巷道围岩内裂纹向前扩展44mm的平均扩展速度为588.3m/s。这也直接说明了CPG对于裂纹扩展速度的计算优于传统应变片的监测;但是CPG只能针对纯I型裂纹扩展的监测,而裂纹扩展路径曲率较大的裂纹不易进行监测,这也是由于预制裂纹的断裂模式所引起的局限性。0100200300400500600051015tp=312入射端SG2时间/μsti=2562.01.51.00.50电压对时间的导数SG1D=25mm裂纹尖端图5预制裂纹起裂时间与扩展时间的监测Fig.5Monitoringofpre-crackinitiationtimeandpropagationtime3003504000246810CPG电压信号裂纹止裂342.24385.044320CPG电压信号导数274.630035040010203040裂纹扩展时间/μs500100015002000速度裂纹止裂v=588.3m/s0位移010裂纹砂岩时间/μs(a)CPG记录的电压信号及其导数随时间变化关系(b)裂纹扩展位移与速度随时间变化关系图6CPG记录的电压信号曲线及裂纹尖端扩展位移曲线Fig.6ThevoltagesignalcurveandthecracktipextensiondisplacementcurverecordedbyCPG2动态起裂韧度与静态起裂韧度对比分析岩石的断裂韧度是岩石抵抗裂纹起裂的重要性能指标,也是评价岩体强度质量的重要指标[5]。为了与准静态方法进行对比,本文采用试验-数值?

【参考文献】:
期刊论文
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本文编号:3057521

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