冲击速率对青砂岩抗拉特性及能量利用效率影响

赵环帅, 潘永泰, 王星宇, 乔鑫, 张永强, 李少卓

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天津大学学报(自然科学与工程技术版) ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (06) : 591-600.

冲击速率对青砂岩抗拉特性及能量利用效率影响

  • 赵环帅, 潘永泰, 王星宇, 乔鑫, 张永强, 李少卓
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摘要

岩石作为一种常见的工程材料,其动态拉伸力学性能的准确核定及破裂机理至关重要,而巴西劈裂试验是目前测定岩石抗拉强度最广泛的试验方法.为探究不同冲击速率下青砂岩抗拉特性及能量利用效率,结合室内试验与细观参数标定,建立了青砂岩宏-细观力学响应关系,分析了青砂岩在不同冲击速率下的力学特性、破裂规律与能量利用效率.结果表明:(1)青砂岩破裂过程中,碎块内部以拉力链为主,破裂口边缘附近以压力链为主,拉力链在裂纹扩展与延伸中起主要作用,而最终断裂是压力和拉力链相互作用的结果;(2)随着冲击速率增加,青砂岩破裂形态可分为主裂纹为主、次生裂纹出现、次生裂纹贯穿的破坏形式,而破裂微元体、拉伸与剪切裂纹均呈现增加的趋势.在相同的冲击速率下,破裂微元体呈现出缓慢增加、快速增加与稳定增加阶段,而拉伸与剪切裂纹均呈现快速增加与稳定增加阶段,且在破裂过程中主要为拉伸裂纹;(3)在冲击速率为2~12 m/s时,能量利用效率呈现快速增加的趋势,12~28 m/s时,能量利用效率呈现出上下波动趋势,28~30 m/s时呈现出下降趋势,在冲击速率为22 m/s时,最大能量利用效率为8.153%.研究结果可为岩石破碎过程中工艺参数的合理选择提供指导.

关键词

青砂岩 / 冲击速率 / 巴西劈裂 / 抗拉特性 / 断裂能

中图分类号

TU45

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赵环帅, 潘永泰, 王星宇, 乔鑫, 张永强, 李少卓. 冲击速率对青砂岩抗拉特性及能量利用效率影响. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(06): 591-600

基金

国家自然科学基金资助项目(52074308)

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