微波辅助双压头冲击岩石类材料的细观-宏观分析
王鹏
岳中文
徐胜男
高丹
任猛
李阿康
刘伟俊
中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院,北京 100083
摘要：由于炸药使用受限以及响应国家"双碳"目标,微波+机械冲击破碎岩石类材料的新方法,因其环保、破碎能力强而在硬岩巷道掘进、混凝土结构拆除等工程中拥有广阔前景,但其内在机理还不够明确.以灌浆料混凝土为研究对象,依托建立的双压头同步冲击试验系统(DHPB)和电镜扫描(SEM)设备,通过理论推导和试验验证的手段,探究双压头冲击下混凝土试件宏观比能耗和细观损伤随不同微波辐射时间的变化规律,尝试建立以临界应变能密度为媒介的宏观比能耗衰减度-细观损伤的定量函数关系.结果表明:微波辐射劣化混凝土力学性能具有阈值特性,当混凝土吸收的应变能密度小于初始裂纹扩展所需的应变能密度时,混凝土试件内部基本无损伤,而当混凝土吸收的应变能密度较大时,试件损伤随应变能密度近似线性累积;混凝土试件内部的细观裂纹扩展具有瞬时特性,随着微波辐射时间增加先静态扩展后转为动态扩展,扩展过程中由于大量能量在较短时间内释放会引起整个试件瞬间破碎;微波辐射能够显著影响混凝土试件在双压头冲击下的破坏形态,无微波辐射时混凝土试件的最终断裂路径与双压头连线方向基本一致,有微波辐射时的最终断裂路径则与双压头连线方向夹角较大,且会出现多条宏观裂纹;微波辐射下混凝土试件受双压头冲击的宏观比能耗最大值为0.69,相应的细观损伤为0.68,两者基本一致,意味着细观裂纹长度和数量的增加能够定量降低宏观比能耗,揭示微波辐射削弱岩石类材料抵抗冲击破坏能力的内在机理.研究结果为微波+机械冲击在工程中的应用提供了参考.
关键词：微波辅助冲击破碎比能耗衰减度损伤临界应变能密度
分类号：TU45(土力学、地基基础工程)P634.5(天文学、地球科学)
资助基金：国家重点研发计划(2021YFC2902103)
论文发表日期：2025-04-30
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：15( 2108-2122 )
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