• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
冲击荷载下煤系砂岩应变率效应及能量耗散特征研究
  • 作者

    余永强 张文龙范利丹 龚健杨蒙孙亮

  • 单位

    河南理工大学 土木工程学院河南省地下空间开发及诱发灾变防治国际联合实验室

  • 摘要

    在煤矿巷道掘进过程中,巷道围岩在动载作用下变形将会增大,为研究煤系砂岩在冲击荷载作用下的力学特性及能量耗散,以陈四楼煤矿巷道围岩中的砂岩为研究对象,利用直径为 50mm 的分离式霍普金森压杆试验装置对煤矿砂岩开展单轴单次冲击压缩试验和循环冲 击压缩试验,对冲击荷载作用下煤矿砂岩的应变率效应、能量耗散特征和破坏模式等进行分析。研究结果表明:在单轴单次冲击荷载作用下,随着平均应变率的增加,砂岩试样的峰值 应力和峰值应变均增大,割线模量逐渐降低,砂岩试样的塑性增加,强度提高;且峰值应变与平均应变率呈线性递增关系,峰值应力近似与平均应变率的 1/3 次幂呈递增关系;随着平均 应变率的增加,砂岩试样的单位体积吸收能呈线性增加趋势,且试样破碎程度不断增大,在压应力持续作用下砂岩试样内部裂纹不断交叉扩展,沿轴向发生劈裂破坏。在循环冲击荷载作用下,随冲击荷载作用次数的增加,砂岩试样的平均应变率和峰值应变均逐渐增大,峰值应力、割线模量和第二类割线模量均随着冲击次数的增加而逐渐降低;在固定冲击气压下进 行循环冲击时,随着冲击次数的增加,入射能基本保持不变,反射能和吸收能均逐渐增大, 透射能逐渐减小,砂岩试样的单位体积吸收能随冲击次数增加呈先缓慢增加后突然增加的趋 势;在循环冲击荷载作用下,砂岩试样吸收能量的能力增强,随着冲击次数的不断增加,试 样内部微裂纹分布增多且扩展速度加快,主要发生受拉破坏,沿轴向加载方向产生贯穿于砂 岩试样的环状破坏面。 

  • 关键词

    煤系砂岩分离式霍普金森压杆能量耗散应变率破坏模式

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