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等效非均匀荷载条件下梯形截面岩石力学特性试验研究 |
作者：余伟健，潘豹，吴根水， 郭涵潇 单位：湖南科技大学 资源环境与安全工程学院；湖南科技大学 煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室；湖南科技大学 煤矿安全开采技术湖南省重点实验室 |
摘 要
基于巷道开挖过程中围岩应力转移分布特点,着重探究非均匀荷载下岩体变形规律。提出了新的岩石力学试验方法,该方法根据岩石应力–应变曲线,加工出特定的梯形截面试件及相应的刚性垫片,以实现单轴压缩时的轴向荷载非均匀分布。计算了梯形截面试件压缩时荷载分布与截面高度的关系,并对试验条件下的试件应力分布与岩石状态分区进行讨论,在右侧面高度为75mm时试件破坏前左侧面处于塑性变形阶段, 在右侧面高度为85 mm时试件破坏前左侧面仍处于弹性变形阶段。得到了非均匀荷载压缩条件下单一完整岩体的变形特性;梯形截面砂岩破坏前有明显的分区,各点位塑性硬化程度不一致,S85试件点位3右侧处塑性硬化程度最大,S75试件点位2右侧处塑性硬化程度最大。试验结果表明, 非均匀荷载压缩条件下的岩石呈非线性变形特征;同时,岩石局部的损伤会加快附近岩石的塑性软化。提出了非均匀荷载条件下不同竖向截面内轴向应变差会引起附加切应力,附加切应力在中性面上、下方向相反, 大小与应变变化率成正相关。在附加切应力作用下,岩石单元最大剪应力平面角度增大,试件破坏形态由原本对“核”形态转变为沿着斜面倾向拉长的相对棱台状。
部分图片
图2 倾斜试件受压模型
图3 S75试件与S85试件试件力学模型
图5 倾斜试件CT扫描图像
图6 砂岩内部切片形貌
图7 倾斜试件应力–应变曲线
图11 标准试件与倾斜试件破坏形式对比
图12 应变差导致的附加切应力
| 第一作者简介 |
余伟健（1978—），男，江西都昌人，博士，教授，博士生导师，湖南省科技创新领军人才，湖南省121创新人才工程第二层次人选，湖南省青年骨干教师，中国煤炭工业协会科技创新人才，全国煤炭行业教育工作先进个人，湖南科技大学学科带头人（湘江学者），湘潭市优秀专家，“挑战杯”湖南省大学生课外学术科技作品竞赛优秀指导老师。主要从事深部岩石力学与围岩控制、地下工程与岩土隧道、地下开采与矿山边坡等方面的理论与技术研究。 现任湖南科技大学教务处处长、煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室主任。曾任湖南科技大学资源环境与安全工程学院副院长、党委书记、院长等职务，担任《采矿与安全工程学报》、《有色金属科学与工程》、《采矿与岩层控制工程学报》、《湖南科技大学学报（自然科学版）》、《矿业工程研究》等杂志编委,《矿业安全与环保》杂志青年专家学术委员会副主任委员，《煤炭科学技术》杂志青年专家学术委员会委员，湖南省岩石力学与工程学会常务理事，中国岩石力学与工程学会采矿岩石力学分会常务理事，“国际矿业青年科学家论坛”学术委员会副主席等职务。 先后主持国家与省部级、企业合作等科学研究项，在国内外发表高水平论文160余篇，其中以第一或通讯作者被EI、SCI收录80余篇，F5000领跑论文1篇；出版专著2部，编写教材2部。获湖南省科技进步一等奖1项、二等奖2项、三等奖1项；获中国职业安全健康协会科学技术一等奖1项、获中国煤炭工业协会科技进步二等奖3项、中国煤炭工业协会科技进步一等奖1项，授权国内外发明专利30余件。 |
| 通讯作者简介 |
潘豹(1996—), 男, 湖南岳阳人, 博士研究生，主要从事岩石力学与岩层控制等方面的研究工作。 |
