本文關鍵詞：不同沖擊載荷作用下巖石的破碎與能量耗散的研究

  更多相關文章： 動態(tài)加載 沖擊能耗 巖石動態(tài)力學 霍普金斯實驗

【摘要】：礦巖材料受動態(tài)加載作用下的動態(tài)力學性質(zhì)表現(xiàn)特征和撞擊破碎能耗演化過程是非常復雜的。本文通過單軸條件下霍普金森沖擊加載實驗,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)律基礎數(shù)據(jù),為實驗室理論研究和指導工程實踐提供堅實基礎支撐資料。同時,將實驗室試驗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)域進行實際工程爆破試驗,收集現(xiàn)場礦巖爆破破碎特征、效果,分析得到的破碎能耗規(guī)律與實驗室結(jié)果的相似性。現(xiàn)將本文通過實驗和理論分析的主要內(nèi)容包括:1、本文通過試驗發(fā)現(xiàn)巖石試樣動態(tài)應力-應變變化規(guī)律與靜態(tài)實驗得出的實驗結(jié)果相似。通過對巖石受到?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,揭示了巖石的動態(tài)破壞歷程。通俗的講,當巖石試件受到?jīng)_擊荷載作用時,其自身的空隙、微裂隙被擠壓致使相對空間被迫減小、錯動甚至出現(xiàn)新的缺陷。另外,沖擊試驗發(fā)現(xiàn)巖石的動態(tài)抗壓破壞強度大小隨沖擊加載速度的增加而加大。同時,在相同沖擊速度下,三種巖石試件的抗壓破壞強度表現(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變率表現(xiàn)最大、花崗巖平均應變率次之以及混合巖平均應變率最小的動態(tài)力學特性。2、通過霍普金森沖擊試驗可以發(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,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)相對混合巖致密、裂隙等缺陷較弱,故在受到相同沖擊入射能時用在缺陷變形能耗就相對少,從而對應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,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、將實驗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行現(xiàn)場試驗,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)場破碎塊度分析可知,巖石的破碎塊度與炸藥能耗之間的關系與實驗室大致相同。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系。這一特征看似與實驗室得到非線性關系有所不同,因為實驗室測試敏感度高,能全方位展現(xiàn)實驗參數(shù)與實驗結(jié)果的關系。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。故而可以通過實驗室沖擊能量耗散實驗,掌握巖石破碎能量耗散規(guī)律,對指導礦山有效利用爆破能量破碎礦石的提高礦山經(jīng)濟效益意義重大。
【關鍵詞】：動態(tài)加載 沖擊能耗 巖石動態(tài)力學 霍普金斯實驗
【學位授予單位】：遼寧科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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實驗原理11-12
• 1.2.1 SHPB實驗裝置11-12
• 1.3 破碎礦巖能量規(guī)律12
• 1.4 一維應力波破碎能量本構(gòu)關系12-13
• 1.5 巖石動力學特性13-14
• 1.6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14
• 1.7 本文主要實驗內(nèi)容及研究理念14-16
• 2. SHPB沖擊加載實驗16-36
• 2.1 實驗準備16-18
• 2.2 巖樣的制備18-19
• 2.3 實驗儀器調(diào)試及數(shù)據(jù)記錄19-20
• 2.4 SHPB實驗數(shù)據(jù)處理20-21
• 2.5 沖擊速度與平均應變率關系分析21-23
• 2.6 沖擊速度與抗壓強度的關系分析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. 沖擊實驗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46-52
• 4.1 現(xiàn)場爆破實驗46-49
• 4.2 爆破振動波檢查與分析49-52
• 5. 結(jié)論與展望52-54
• 參考文獻54-58
• 致謝58-59
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況59-60
• 作者簡介60-61

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本文編號：758731