為了研究在沖擊載荷作用下巷道圍巖周邊徑向裂紋的破壞機(jī)制,利用落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊含徑向裂紋的砂巖拱形巷道模型,裂紋與巷道拱頂圓弧圓心成不同傾角（θ=0°～90°）,借助裂紋擴(kuò)展計(jì)及應(yīng)變片確定試樣裂紋的起裂時(shí)刻及裂紋傳播速度,并分析裂紋擴(kuò)展路徑中的止裂問題和計(jì)算起裂韌度,隨后進(jìn)行相關(guān)的數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn):Ⅰ/Ⅱ復(fù)合型裂紋的擴(kuò)展行為與Ⅰ型及Ⅱ型起裂韌度都有較大關(guān)系,同時(shí)與預(yù)制裂紋傾角θ也有較大關(guān)系,動(dòng)載荷下的Ⅰ型起裂韌度與靜載荷下的Ⅰ型起裂韌度存在很大差異;純Ⅰ型裂紋起裂方向與原裂紋方向相同,并在擴(kuò)展過程中存在止裂現(xiàn)象,但Ⅰ/Ⅱ復(fù)合型裂紋與原裂紋成一定夾角起裂并擴(kuò)展形成翼型裂紋,隨后沿著巷道的對(duì)稱軸中間區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)展;巷道模型在動(dòng)力載荷作用與靜力載荷作用下,兩側(cè)邊墻的破壞行為有很大差別。 

【文章來源】：采礦與安全工程學(xué)報(bào). 2019,36(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

模型尺寸簡(jiǎn)圖(b)巷道模型試件實(shí)物圖圖1單裂紋巷道模型Fig.1Tunnelmodelwithasinglecrack(a)巷道

?釉刈爸靡讕?SHPB試驗(yàn)裝置進(jìn)行裝配。入射板與透射板選擇彈性材料LY12CZ鋁合金，該材料物理參數(shù)如表1所列。入射板尺寸為3000mm×300mm×30mm，透射板尺寸為2000mm×300mm×30mm。彈性桿件理論縱波波速c0=5015.76m/s，實(shí)測(cè)縱波波速c1=5006.1m/s。在入射板上分別貼有3張應(yīng)變片來記錄高速落錘沖擊加載的脈沖信號(hào)，距巷道模型試件加載端上端面的距離分別為0.5，1.5，2.5m，經(jīng)過多次試驗(yàn)所得脈沖信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析決定選擇SGi1作為入射脈沖采集信號(hào)端，加載裝置如圖3所示。圖3沖擊加載裝置Fig.3Impactloadingdevice

采礦與安全工程學(xué)報(bào)第36卷260為了準(zhǔn)確地計(jì)算純I型裂紋每2.2mm階段向前的傳播速度，對(duì)圖6(a)每根柵絲之間裂紋擴(kuò)展速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖6(b)所示。裂紋的擴(kuò)展速度在不斷地跳躍，不是定值，且裂紋止裂時(shí)裂紋擴(kuò)展的平均速度為51.40m/s，遠(yuǎn)小于其他階段的擴(kuò)展速度。根據(jù)每階段的速度進(jìn)行求平均值，可以知道該巷道圍巖內(nèi)裂紋向前擴(kuò)展44mm的平均擴(kuò)展速度為588.3m/s。這也直接說明了CPG對(duì)于裂紋擴(kuò)展速度的計(jì)算優(yōu)于傳統(tǒng)應(yīng)變片的監(jiān)測(cè)；但是CPG只能針對(duì)純I型裂紋擴(kuò)展的監(jiān)測(cè)，而裂紋擴(kuò)展路徑曲率較大的裂紋不易進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這也是由于預(yù)制裂紋的斷裂模式所引起的局限性。0100200300400500600051015tp=312入射端SG2時(shí)間/μsti=2562.01.51.00.50電壓對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)SG1D=25mm裂紋尖端圖5預(yù)制裂紋起裂時(shí)間與擴(kuò)展時(shí)間的監(jiān)測(cè)Fig.5Monitoringofpre-crackinitiationtimeandpropagationtime3003504000246810CPG電壓信號(hào)裂紋止裂342.24385.044320CPG電壓信號(hào)導(dǎo)數(shù)274.630035040010203040裂紋擴(kuò)展時(shí)間/μs500100015002000速度裂紋止裂v=588.3m/s0位移010裂紋砂巖時(shí)間/μs(a)CPG記錄的電壓信號(hào)及其導(dǎo)數(shù)隨時(shí)間變化關(guān)系(b)裂紋擴(kuò)展位移與速度隨時(shí)間變化關(guān)系圖6CPG記錄的電壓信號(hào)曲線及裂紋尖端擴(kuò)展位移曲線Fig.6ThevoltagesignalcurveandthecracktipextensiondisplacementcurverecordedbyCPG2動(dòng)態(tài)起裂韌度與靜態(tài)起裂韌度對(duì)比分析巖石的斷裂韌度是巖石抵抗裂紋起裂的重要性能指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)巖體強(qiáng)度質(zhì)量的重要指標(biāo)[5]。為了與準(zhǔn)靜態(tài)方法進(jìn)行對(duì)比，本文采用試驗(yàn)-數(shù)值?

【參考文獻(xiàn)】：
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