冲击载荷作用下砂岩试件破碎能耗特征

doi:10.13722/j.cnki.jrme.2015.0585

摘要
图/表
参考文献(29)
相关文章 (15)

全文: PDF (1029 KB) HTML (1 KB)
输出: BibTeX | EndNote (RIS)

摘要为研究砂岩试件冲击载荷作用下的破碎能量耗散特征，利用变截面分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置，采用3种冲击气压对煤矿砂岩试件实施不同加载速率的冲击压缩试验，分析试验中试件能耗规律。结果表明：砂岩试件吸收能量与入射能量之比相对恒定；试件破碎耗能密度与入射能量呈线性正比关系，而与试件平均应变率呈乘幂关系，显示出较强的应变率相关性；破碎耗能密度越大，试件破碎程度就越剧烈，采用破碎块度平均粒径可以对试件破碎程度进行定量描述，其值随试件破碎耗能密度增大而减小；试件动态强度与破碎耗能密度之间表现出较强的对数关系，试件吸收能量主要耗散于岩石的损伤演化与变形破坏，采用破碎耗能密度能较好反映砂岩试件在外载荷作用下的强度本质特征。

	服务

	把本文推荐给朋友
	加入我的书架
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	平琦1
	2
	骆轩1
	马芹永1
	2
	袁璞1

关键词 ：岩石力学, 冲击载荷, 破碎块度, 能量耗散, 分离式Hopkinson压杆(SHPB)

Abstract：To study the broken energy dissipation characteristics of coalmine sandstone under impact loads，variable cross-section spilt Hopkinson pressure bar(SHPB) apparatus is adopted to conduct impact compressive test of sandstone specimens. Three loading impact pressures correspond to three loading rates. Then the energy dissipation rule of sandstone specimens is analyzed. The test results show that the proportion of absorbed energy and incident energy is relatively constant，and absorbed energy increases with the incident energy growing. There is a positive linear relation between broken energy dissipation density and incident energy. Moreover，there is a power relation between broken energy dissipation density and average strain rate，which shows a strong strain rate effect. The larger the broken energy dissipation density is，the more fierce the degree of specimen broken is. The average particle size of broken fragments is adopted to describe the degree of specimen broken quantitatively，and its value decreases with the broken energy dissipation growing. There is a logarithm relation between dynamic strength and broken energy dissipation density. The specimen absorbed energy is mainly used for damage evolution and deformation and fracture，and broken energy dissipation density can reflect the essential strength feature of sandstone specimens under external loads well.

Key words： rock mechanics impact load broken fragments energy dissipation split Hopkinson pressure bar(SHPB)

引用本文:

平琦1，2，骆轩1，马芹永1，2，袁璞1. 冲击载荷作用下砂岩试件破碎能耗特征[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(S2): 4197-4203.
PING Qi1，2，LUO Xuan1，MA Qinyong1，2，YUAN Pu1. BROKEN ENERGY DISSIPATION CHARACTERISTICS OF SANDSTONE SPECIMENS UNDER IMPACT LOADS. , 2015, 34(S2): 4197-4203.

链接本文:

https://rockmech.whrsm.ac.cn/CN/10.13722/j.cnki.jrme.2015.0585 或 https://rockmech.whrsm.ac.cn/CN/Y2015/V34/IS2/4197

[1]	谢和平，彭瑞东，鞠杨. 岩石变形破坏过程中的能量耗散分析[J]. 岩石力学与工程学报，2004，23(21)：3565-3570.(XIE Heping，PENG Ruidong，JU Yang. Energy dissipation of rock deformation and fracture[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004，23(21)：3565-3570.(in Chinese))
[2]	谢和平. 分形-岩石力学导论[M]. 北京：科学出版社，1996：168-261.(XIE Heping. Introduction to fractal-rock mechanics[M]. Beijing：Science Press，1996：168-261.(in Chinese))
[3]	谢和平，彭瑞东，鞠杨，等. 岩石破坏的能量分析初探[J]. 岩石力学与工程学报，2005，24(15)：2603-2608.(XIE Heping，PENG Ruidong，JU Yang，et al. On energy analysis of rock failure[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2005，24(15)：2603-2608.(in Chinese))
[4]	高文学，刘运通. 冲击载荷作用下岩石损伤的能量耗散[J]. 岩石力学与工程学报，2003，22(11)：1777-1780.(GAO Wenxue，LIU Yuntong. Energy dissipation of rock damage under impact loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(11)：1777-1780.(in Chinese))
[5]	徐小荷，余静. 岩石破碎学[M]. 北京：煤炭工业出版社，1984：1-5.(XU Xiaohe，YU Jing. Rock fragmentation[M]. Beijing：Coal Industry Press，1984：1-5.(in Chinese))
[6]	黄理兴. 岩石动力学研究成就与趋势[J]. 岩土力学，2011，32(10)：2889-2900.(HUANG Lixing. Development and new achievements of rock dynamics in China[J]. Rock and Soil Mechanics，2011，32(10)：2889-2900.(in Chinese))
[7]	平琦，马芹永，袁璞. 岩石试件SHPB劈裂拉伸试验中能量耗散分析[J]. 采矿与安全工程学报，2013，30(3)：401-407.(PING Qi，MA Qinyong，YUAN Pu. Energy dissipation analysis of stone specimens in SHPB tensile test[J]. Journal of Mining andSafety Engineering，2013，30(3)：401-407.(in Chinese))
[8]	尹土兵，李夕兵，叶洲元，等. 温-压耦合及动力扰动下岩石破碎的能量耗散[J]. 岩石力学与工程学报，2013，32(6)：1197-1022.(YIN Tubing，LI Xibing， YE Zhouyuan，et al. Energy dissipation of rock fracture under thermo-mechanical coupling and dynamic disturbances[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2013，32(6)：1197-1022.(in Chinese))
[9]	金解放，李夕兵，殷志强，等. 轴压和围压对循环冲击下砂岩能量耗散的影响[J]. 岩土力学，2013，34(11)：3096-3102.(JIN Jiefang，LI Xibing，YIN Zhiqiang，et al. Effects of axial compression and confining pressure on energy dissipation of sandstone under cyclic impact loads[J]. Rock and Soil Mechanics，2013，34(11)：3096- 3102.(in Chinese))
[10]	余伟健，杜少华，王卫军，等. 高应力软岩近距离巷道工程的掘进扰动与稳定性[J]. 岩土工程学报，2014，36(1)：57-64.(YU Weijian， DU Shaohua，WANG Weijun，et al. Excavation disturbance and stability of short-distance roadway with high stress and soft rock mass[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2014，36(1)：57-64.(in Chinese))
[11]	姜耀东，潘一山，姜福兴，等. 我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治[J]. 煤炭学报，2014，39(2)：205-213.(JIANG Yaodong，PAN Yishan，JIANG Fuxing，et al. State of the art review on mechanism and prevention of coal bumps in China[J]. Journal of China Coal Society，2014，39(2)：205-213.(in Chinese))
[12]	齐庆新，陈尚本，王怀新，等. 冲击地压、岩爆、矿震的关系及其数值模拟研究[J]. 岩石力学与工程学报，2003，22(11)：1852-1858.(QI Qingxin，CHEN Shangben，WANG Huaixin，et al. Study on the relations among coal bump，rockburst and mining tremor with numerical simulation[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(11)：1852-1858.(in Chinese))
[13]	潘一山，李忠华，章梦涛. 我国冲击地压分布、类型、机理及防治研究[J]. 岩石力学与工程学报，2003，22(11)：1844-1851.(PAN Yishan，LI Zhonghua，ZHANG Mengtao. Distribution，type，mechanism and prevention of rockbrust in China[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(11)：1844-1851.(in Chinese))
[14]	宋大钊. 冲击地压演化过程及能量耗散特征研究[博士学位论文][D]. 徐州：中国矿业大学，2012.(SONGDazhao. Research on rockburst evolutionary process and energy dissipation characteristics[Ph. D. Thesis][D]. Xuzhou：China University of Mining and Technology，2012.(in Chinese))
[15]	刘孝敏，胡时胜. 应力脉冲在变截面SHPB锥杆中的传播特性[J]. 爆炸与冲击，2000，20(2)：110-114.(LIU Xiaomin， HU Shisheng. Wave propagation characteristics in cone bars used for variable cross section SHPB[J]. Explosion and Shock Waves，2000，20(2)：110-114.(in Chinese))
[16]	平琦，马芹永，袁璞. SHPB试验岩石试件应力平衡时间预估分析[J]. 振动与冲击，2013，32(12)：55-60.(PING Qi，MA Qinyong，YUAN Pu. Prediction for stress equilibrium time in rock SHPB test[J]. Journal of Vibration and Shock，2013，32(12)：55-60.(in Chinese))
[17]	王礼立. 应力波基础[M]. 2版. 北京：国防工业出版社，2010：39-64.(WANG Lili. Foundation of stress waves[M]. 2nd ed. Beijing：National Defense Industry Press，2010：39-64.(in Chinese))
[18]	International Society for Rock Mechanics. Suggested methods for determining tensile strength of rock materials[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts，1978，15(1)：99-103.
[19]	中华人民共和国国家标准编写组. GB/T 23561—2010煤和岩石物理力学性质测定方法[S]. 北京：中国标准出版社，2010.(The National Standards Compilation Group of People¢s Republic of China.GB/T23561—2010Methods for determining the physical and mechanical properties of coal and rock[S]. Beijing：Standards Press of China，2010.(in Chinese))
[20]	陶俊林，陈裕泽，田常津，等. SHPB系统圆柱形试件的惯性效应分析[J]. 固体力学学报，2005，26(1)：107-110.(TAO Junlin，CHEN Yuze，TIAN Changjin，et al. Analysis of the inertial effect of the cylindrical specimen in SHPB system[J]. Acta Mechanica Solida Sinca，2005，26(1)：107-110.(in Chinese))
[21]	高富强，杨军，刘永茜，等. 岩石准静态和动态冲击试验及尺寸效应研究[J]. 煤炭科学技术，2009，37(4)：19-22.(GAO Fuqiang，YANG Jun，LIU Yongqian. et al. Research on rock parastatic and dynamic impact test and size effect[J]. Coal Science and Technology，2009，37(4)：19-22.(in Chinese))
[22]	宫凤强，李夕兵，饶秋华，等. 岩石SHPB试验中确定试样尺寸的参考方法[J]. 振动与冲击，2013，32(17)：24-28.(GONG Fengqiang，LI Xibing，RAOQiuhua，et al. Reference method for determining sample size in SHPB tests of rock materials[J]. Journal of Vibration and Shock，2013，32(17)：24-28.(in Chinese))
[23]	宫凤强，李夕兵，ZHAOJ，等. 三轴SHPB岩石材料动力学特性试验研究的现状和发展趋势[J]. 科技导报，2009，27(18)：106-111.(GONG Fengqiang，LI Xibing，ZHAO Jian，et al. Experimental research progress of dynamic characteristics for rock materials on triaxial SHPB apparatus[J]. Science andTechnology Review，2009，27(18)：106-111.(in Chinese))
[24]	李夕兵，古德生. 岩石冲击动力学[M]. 长沙：中南工业大学出版社，1994：2-93.(LI Xibing，GU Desheng. Rock impact dynamics[M]. Changsha：Central South University of Technology Press，1994：2-93.(in Chinese))
[25]	刘石，许金余，刘军忠，等. 绢云母石英片岩和砂岩动态破坏过程的能量分析[J]. 地下空间与工程学报，2011，7(6)：1181-1185. (LIU Shi，XU Jinyu，LIU Junzhong，et al. Analysis on energy of sericite-quartz schist and sandstone in the dynamic fracture process[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2011，7(6)：1181-1185.(in Chinese))
[26]	洪亮. 冲击荷载下岩石强度及破碎能耗特征的尺寸效应研究[博士学位论文][D]. 长沙：中南大学，2008.(HONG Liang. Size effect on strength and energy dissipation in fracture of rock under impact loads[Ph. D. Thesis][D]. Changsha：Central South University，2008.(in Chinese))
[27]	钱七虎，戚承志. 岩石、岩体的动力强度与动力破坏准则[J]. 同济大学学报：自然科学版，2008，36(12)：1599-1606.(QIAN Qihu，QI Chengzhi. Dynamic strength and dynamic fracture criteria of rock and rock mass[J]. Journal of Tongji University：Natural Science，2008，36(12)：1599-1606.(in Chinese))
[28]	黎立云，谢和平，鞠杨，等. 岩石可释放应变能及耗散能的实验研究[J]. 工程力学，2011，28(3)：35-40.(LI Liyun，XIE Heping，JU Yang，et al. Experimental investigations of releasable energy and dissipative energy within rock[J]. Engineering Mechanics，2011，28(3)：35-40.(in Chinese))
[29]	尤明庆，华安增. 岩石试样破坏过程的能量分析[J]. 岩石力学与工程学报，2002，21(6)：778-781.(YOU Mingqing，HUA Anzeng. Energy analysis on failureprocess ofrock specimens[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21(6)：778-781.(in Chinese))