冲击荷载下层状砂岩变形破坏及其动态抗拉强度试验研究
杨仁树1
许鹏2
景晨钟3
范军平4
方士正2
张航3
1.中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京1000832.中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京1000833.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京,1000834.阳泉煤业(集团)有限责任公司生产技术部,山西阳泉,045000
摘要：针对层状砂岩的各向异性,探究了冲击荷载作用下层理角度对层状砂岩变形破坏的影响规律.加工制作了含软弱层理的砂岩标准试件,利用霍普金森杆试验系统进行了不同层理倾角下的砂岩动态巴西圆盘试验,并结合数字图像相关方法获得了圆盘试件变形场的演化云图.从破坏结果看,层理面与加载轴线之间的夹角对层状砂岩的变形破坏有显著影响.当软弱层理平行于加载轴线时,圆盘试件在加载端处首先产生应变集中,并随着冲击加载的作用迅速沿层理扩展,最终表现为从圆盘试件加载端向非加载端呈弧线形断裂的特征;当软弱层理垂直于加载方向时,圆盘试件中间首先形成多个应变集中区,表现为在加载轴线与软弱层理相交处萌生多个微裂纹,并在冲击加载的作用下微裂纹沿加载轴线不断相互贯通,最终形成径向扩展的宏观裂纹;当软弱层理面与加载方向成45°时,圆盘试件在加载端处首先沿层理方向形成显著的拉剪应变集中区,由于层理介质的抗拉强度和抗剪强度均低于砂岩基质体,因而表现为试件在拉、剪复合应力的共同作用下从加载端处产生多条沿层理面扩展的裂纹.从试验结果中还可以看出,在相同加载速率下,垂直层理试件的强度最高,水平层理试件的强度最低,倾斜层理试件的强度介于水平层理试件和垂直层理试件之间.随着加载速率的提高,不同层理方向的砂岩动态抗拉强度均呈线性增长的特征,但与无层理砂岩相比,含软弱层理砂岩的动态抗拉强度对加载速率的敏感程度较低.此外,层理角度对砂岩的开裂应变有较大影响,受剪应力的影响,倾斜层理砂岩的开裂应变高于垂直层理砂岩.
关键词：层状砂岩层理角度冲击荷载动态抗拉强度裂纹扩展
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2016YFC0600903)高等学校学科创新引智计划计划)(B14006)国家级大学生创新创业训练计划项目(C201806159)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 2039-2048 )
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