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岩石爆破基础理论研究进展与展望Ⅰ—本构关系
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作者 杨阳 杨仁树 +8 位作者 陈骏 方士正 李炜煜 范子儀 张祥 朱锐 张渊通 杨欢 王雁冰 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期1931-1947,共17页
岩石爆破技术在国民经济建设中发挥着重要作用,尤其在资源开采、基础设施建设等领域.本文对岩石爆破本构关系进行了深入研究和探讨,在传统本构关系研究的基础上,提出了本构关系1.0、2.0和3.0的演化阶段,分别探讨了矛盾关系、能量平衡以... 岩石爆破技术在国民经济建设中发挥着重要作用,尤其在资源开采、基础设施建设等领域.本文对岩石爆破本构关系进行了深入研究和探讨,在传统本构关系研究的基础上,提出了本构关系1.0、2.0和3.0的演化阶段,分别探讨了矛盾关系、能量平衡以及最小作用量理论.本构关系1.0从岩石与爆炸、冲击荷载的相互作用出发,强调了矛与盾的关系,重点分析了岩石材料的动态力学响应;本构关系2.0以能量为切入点,将含有节理裂隙、层理和腔体等缺陷以及显著各向异性的岩石视为复杂结构材料,研究荷载输入能量与材料破坏所需能量之间的动态平衡关系,解析结构强度与输入能、耗散能及可释放应变能之间的关联;本构关系3.0关注爆炸荷载下应力波的传播规律及其与介质破坏效应的关系,特别是通过最小作用量理论来优化能量的传播路径,提高炸药能量的利用效率.这些理论不仅揭示了岩石在不同荷载条件下的力学行为,还为优化爆破设计和改善爆破效果提供了理论依据.同时,本文结合人工智能和大数据技术,提出了岩石材料工程基因的概念,通过建立岩石基因库,系统化管理岩石的物理力学参数,构建性能预测模型,提升了对岩石特性的理解和工程应用的精确度.未来,岩石材料基因库有望在矿产资源开发、地质灾害防治和基础设施建设等领域发挥更大的作用,推动工程技术的发展和应用. 展开更多
关键词 岩石爆破 本构关系 矛盾关系 能量平衡 最小作用量
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非静水压条件下深部岩石能量耗散规律及破坏特征试验研究 被引量:2
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作者 方士正 杨仁树 +2 位作者 李炜煜 李永亮 陈骏 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期83-96,共14页
深部岩石常处于非静水压初始应力场,岩石所处应力状态的不同导致其对动态荷载的响应有所差异,为研究非静水压及动载耦合作用下岩石的动力学行为,利用分离式霍普金森杆试验系统,开展多种初始应力组合下的岩石动态压缩试验,分析不同非静... 深部岩石常处于非静水压初始应力场,岩石所处应力状态的不同导致其对动态荷载的响应有所差异,为研究非静水压及动载耦合作用下岩石的动力学行为,利用分离式霍普金森杆试验系统,开展多种初始应力组合下的岩石动态压缩试验,分析不同非静水压条件对岩石能量耗散及破坏规律的影响规律。通过试验结果发现,轴压和围压均对岩石动态强度产生显著影响,以8 MPa时为临界点,岩石动态强度随着轴压提升呈先增加后减小的趋势,但岩石动态强度随着围压的增加持续增大;岩石耗散能随着轴压的增加逐渐减小,但随围压变化趋势较为复杂,在轴压较低时,耗散能随着围压的增加而减小,在轴压较高时,耗散能随围压提升表现出先增加后减小的特征。根据试样的表观及内部破坏形态,结合分形理论及CT扫描技术,分析不同非静水压力条件下岩石的破坏模式发现,岩石表观裂纹与轴围压比存在显著关联,当轴围压比较低时,岩石侧面及端面裂纹较少,随着轴围压比的提高,岩石表观裂纹明显增加。通过对岩石扫描后横向及纵向切片分析发现,岩石内部同时存在环向和径向裂纹,且岩石破坏由贯穿型剪切裂纹控制。同时可以发现,非静水压条件下岩石的破坏可分为中心圆台形岩块和周边破碎岩块2部分,当轴压增加时岩石的破坏程度加剧,而围压的提升则使得岩石破坏程度降低。 展开更多
关键词 深部开采 非静水压 岩石破坏 SHPB 能量耗散 破坏特征
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基于NSCB方法的冻结红砂岩动态断裂特性试验 被引量:2
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作者 方士正 杨仁树 +2 位作者 李炜煜 李永亮 杨阳 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期1704-1715,共12页
采用红砂岩制作中心直裂纹半圆盘弯曲试样(Notched semi-circular bend, NSCB),设置不同的负温温度对岩石试样预处理,随后利用改进后的分离式霍普金森杆(SHPB)实验系统开展动态试验.结果表明:岩石的断裂韧度存在明显的加载率效应,断裂... 采用红砂岩制作中心直裂纹半圆盘弯曲试样(Notched semi-circular bend, NSCB),设置不同的负温温度对岩石试样预处理,随后利用改进后的分离式霍普金森杆(SHPB)实验系统开展动态试验.结果表明:岩石的断裂韧度存在明显的加载率效应,断裂韧度试验值随加载率的增加近似呈指数型增大;当加载率一定时,岩石断裂韧度由常温进入负温后先缓慢后快速增加,在–20℃时达到最大值,随着温度进一步降低,岩石断裂韧度快速减小.进一步对岩石破裂过程分析发现,不同温度下岩石的断裂过程基本一致,且裂纹扩展速度受温度影响较小.基于岩石断面的扫描电子显微镜结果分析岩石断裂模式为:负温下红砂岩的断裂以沿晶破裂和胶结物的撕裂为主,伴有少量的穿晶破裂现象,同时当温度降低至–25℃时,岩石内部微裂隙数量明显增多,说明负温对岩石具有劣化作用.最后探讨了温度对岩石内部结构的影响机制,对分析岩石断裂特性的低温效应具有一定参考意义. 展开更多
关键词 NSCB 冻结 加载率 断裂韧度 断裂模式
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静水压状态下深部岩石动态压缩力学行为及能量耗散特征试验研究 被引量:5
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作者 方士正 李炜煜 +2 位作者 杨阳 陈程 许鹏 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期280-288,共9页
以深部岩石为研究对象,利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验系统,开展静水压力作用下深部岩石的动力学测试,分析了静水压、冲击气压大小对岩石动态强度、耗散能的影响规律,并在此基础上分析了岩石的破坏特征。通过试验结果发现,岩石动态强... 以深部岩石为研究对象,利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验系统,开展静水压力作用下深部岩石的动力学测试,分析了静水压、冲击气压大小对岩石动态强度、耗散能的影响规律,并在此基础上分析了岩石的破坏特征。通过试验结果发现,岩石动态强度表现出显著的率效应特性,随着冲击气压的增加而增大,呈现出线性正相关关系;岩石动态强度随着静水压力的增加呈非线性增加,采用二项式拟合后发现具有较好的相关性;通过对岩石耗散能分析发现,当岩石所处静水压力相同时,岩石的能量吸收率随着冲击气压的增加而提高;相同冲击气压情况下,岩石的能量吸收率随静水压的增加而减小,表明静水压力对岩石变形具有约束作用;最后,对岩石的表观破坏形态分析发现,低静水压时岩石破坏以剪切裂纹为主,随着静水压的增加,岩石中同时存在剪切裂纹和环向裂纹。该研究成果可为深部岩石工程建设提供动力学基础参数,具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 静水压 深部 霍普金森杆(SHPB) 动态强度 能量耗散
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起爆方式对间隔装药应力场分布及裂纹扩展的影响 被引量:2
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作者 杨仁树 赵勇 +3 位作者 方士正 赵杰 王渝 刘朕 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期714-727,共14页
通过模型实验研究了不同起爆方式对空气间隔装药炮孔两侧损伤分布的影响规律,借助数字图像相关实验系统,获取了全场应变场演化过程及空气段应变衰减规律,同时借助透射式焦散线实验系统,探究了起爆方式对预制裂纹动态断裂行为的影响.实... 通过模型实验研究了不同起爆方式对空气间隔装药炮孔两侧损伤分布的影响规律,借助数字图像相关实验系统,获取了全场应变场演化过程及空气段应变衰减规律,同时借助透射式焦散线实验系统,探究了起爆方式对预制裂纹动态断裂行为的影响.实验结果表明:柱状药包炮孔两侧产生的损伤范围具有显著的分形特征.采用外侧起爆时,空气段中心两侧均产生损伤,而采用其他起爆方式时,空气段均未出现损伤.不同起爆方式对空气段应变场径向压应变的影响主要体现在应变大小、衰减速度两个方面,对轴向拉应变的影响主要体现在时效性、衰减速度两个方面.不同起爆方式下预制裂纹端部断裂行为差别较大.采用内侧起爆、外侧起爆时,裂纹均为水平扩展,呈现典型Ⅰ型裂纹,裂纹起裂主要由拉伸破坏引起,异侧起爆时裂纹起裂为Ⅰ-Ⅱ混合型,具体表现为拉-剪破坏.基于数值模拟软件LS-DYNA,解释了预制裂纹端部起裂成因,得到了孔壁处应力场分布规律,不同起爆方式对炮孔轴向孔壁处压力分布影响显著,装药段主要体现在压力峰值位置和压力分布形态两个方面,空气段主要体现在压力峰值大小和压力分布形态两个方面. 展开更多
关键词 起爆方式 空气间隔 数字图像相关方法 动态焦散线 裂纹扩展 数值模拟
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加载速率对煤样单轴压缩宏细观破裂特征的影响
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作者 沈铭华 刘晨辉 +3 位作者 方士正 李永亮 黄海鹏 刘晓明 《煤炭工程》 北大核心 2023年第12期147-154,共8页
为研究煤样单轴压缩宏细观破裂特征的加载速率效应,对煤样进行了0.06、0.3及3 mm/min三种加载速率的单轴压缩试验,结合声发射及数值计算方法,分析了加载速率影响下煤样的力学性质、声发射特征、裂隙扩展与宏观破坏模式。研究结果表明,... 为研究煤样单轴压缩宏细观破裂特征的加载速率效应,对煤样进行了0.06、0.3及3 mm/min三种加载速率的单轴压缩试验,结合声发射及数值计算方法,分析了加载速率影响下煤样的力学性质、声发射特征、裂隙扩展与宏观破坏模式。研究结果表明,加载速率越高煤样的单轴抗压强度与峰值应变越大;累计振铃计数与声发射定位事件随加载速率增大不断减小;微观裂隙破坏由张拉破坏向剪切破坏过渡;宏观破坏模式由低加载速率的少量拉剪混合微裂纹破坏转变为高加载速率的单一贯穿的剪切裂纹破坏;数值模拟结果印证了室内试验结论,并揭示了煤样加载破坏实质是力链体系失稳,峰值应力前,轴向应力的增加使得局部力链强度差异增大,强弱力链断裂产生煤样的宏观破坏。 展开更多
关键词 加载速率 力学特性 声发射 力链演化 破坏模式
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3种岩石动态拉伸力学性能试验与对比分析 被引量:23
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作者 杨仁树 李炜煜 +2 位作者 李永亮 方士正 朱晔 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3107-3118,共12页
为研究不同岩性岩石动态拉伸力学性能的差异,选用岩石工程中较为常见且波阻抗差别较大的3种岩石:红砂岩、灰砂岩和花岗岩,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统分别对3种岩石巴西圆盘试件进行不同冲击速度下的动态劈裂拉伸试验,同时结... 为研究不同岩性岩石动态拉伸力学性能的差异,选用岩石工程中较为常见且波阻抗差别较大的3种岩石:红砂岩、灰砂岩和花岗岩,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统分别对3种岩石巴西圆盘试件进行不同冲击速度下的动态劈裂拉伸试验,同时结合超高速数字图像相关(DIC)试验系统对试样表面应变场变化过程及其动态拉伸破坏过程进行了观测。对比研究分析了3种岩石的拉伸应变场和剪切应变场的动态演化规律,不同冲击速度和不同加载率下3种岩石的动态拉伸强度、拉伸敏感系数和破坏形态的变化规律,以及波阻抗对岩石动态拉伸力学性能的影响。研究结果表明:①3种岩石破坏形态的差异主要体现在圆盘试件两端的楔形局部剪切破碎区,且局部剪切破碎区面积受冲击速度的影响。②3种岩石动态拉伸强度随冲击速度和加载率的增大均表现出良好的线性增大的关系,且相同冲击速度下,花岗岩加载率和动态拉伸强度>灰砂岩>红砂岩。③红砂岩拉伸强度对加载率最敏感,花岗岩次之,灰砂岩敏感性最弱,且随冲击速度和加载率的增大,3种岩石拉伸敏感系数均呈线性增大关系。④相同应力波作用下,岩石的应力波传播过程、加载历史以及动态拉伸力学性能受岩石波阻抗影响,且几者之间存在递进影响的关系。 展开更多
关键词 动态拉伸 SHPB DIC 波阻抗 加载率 应力波
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波阻抗对岩石动力学特性影响的模拟试验研究 被引量:15
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作者 杨仁树 李炜煜 +3 位作者 方士正 朱晔 李永亮 郑昌达 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期178-185,共8页
利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对系列波阻抗的模型材料进行不同应变率下的冲击压缩试验。试验结果表明:岩石在冲击荷载下的应力波传播特征、动态应力应变关系以及破碎块度分形特征同时受波阻抗、应变率和冲击速度的影响。波阻... 利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对系列波阻抗的模型材料进行不同应变率下的冲击压缩试验。试验结果表明:岩石在冲击荷载下的应力波传播特征、动态应力应变关系以及破碎块度分形特征同时受波阻抗、应变率和冲击速度的影响。波阻抗相同时,反射波和透射波信号幅值均随冲击速度增大呈线性增大,同时应变率效应明显,随着应变率的增大:峰值应力呈线性增大,动态弹性模量增大,应变软化阶段延长;破碎程度增大,破碎块度分形维数呈线性增大。应变率相同时,随着波阻抗的减小:反射波幅值增大、透射波幅值减小;峰值应力减小,应变软化阶段延长,塑性段趋于明显,且有塑性流动现象出现;破碎程度增大,破碎块度分形维数增大。同时随着波阻抗减小,应变率增大对动态抗压强度的增大以及对破碎程度的加剧效果减弱,应变率效应减弱,逐渐趋于不明显。 展开更多
关键词 波阻抗 应变率 分离式霍普金森压杆 应力波 动态力学性能 块度分维
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不同直径空孔对爆生裂纹扩展行为影响规律的实验研究 被引量:19
9
作者 杨仁树 陈程 +3 位作者 王煦 左进京 方士正 梅比 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2498-2503,共6页
为得到空孔直径的改变对爆生裂纹扩展行为的影响规律,采用动态焦散线实验方法,研究了不同空孔直径情况下爆生裂纹扩展轨迹、扩展速度及裂尖动态应力强度因子的变化规律。研究结果表明:随着试件中三条爆生主裂纹的尖端相对距离的减小,裂... 为得到空孔直径的改变对爆生裂纹扩展行为的影响规律,采用动态焦散线实验方法,研究了不同空孔直径情况下爆生裂纹扩展轨迹、扩展速度及裂尖动态应力强度因子的变化规律。研究结果表明:随着试件中三条爆生主裂纹的尖端相对距离的减小,裂纹尖端应力场的相互作用逐渐增强,使裂纹扩展速度增加并达到峰值;随着空孔直径的增大,裂纹扩展后期裂纹扩展速度和应力强度因子振荡效应减弱,有利于运动裂纹向空孔方向扩展;在一定范围内,空孔直径越大,空孔对爆生裂纹的导向作用越明显;随着空孔直径的增大,三条爆生裂纹在相互贯通之前,裂尖的动态应力强度因子发生突跃增大的趋势减弱。 展开更多
关键词 不同直径空孔 爆生裂纹 裂纹扩展行为 动态应力强度因子
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爆炸载荷作用下相向裂纹扩展行为的实验研究 被引量:16
10
作者 杨仁树 左进京 +2 位作者 岳中文 方士正 陈帅志 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1093-1098,共6页
采用数字激光动态焦散线实验系统,研究爆炸载荷作用下两相向扩展裂纹的动态特征及其相互作用关系。结果表明:相向运动裂纹的扩展过程分为3个阶段:独立扩展、相互排斥、相互吸引,最终形成彼此勾连的形态,在实验范围内不受两裂纹初始竖向... 采用数字激光动态焦散线实验系统,研究爆炸载荷作用下两相向扩展裂纹的动态特征及其相互作用关系。结果表明:相向运动裂纹的扩展过程分为3个阶段:独立扩展、相互排斥、相互吸引,最终形成彼此勾连的形态,在实验范围内不受两裂纹初始竖向距离的影响而改变;裂纹在扩展过程中发生相互作用时其扩展速度发生突跃,此时两裂纹尖端的水平距离随裂纹初始竖向间距的增大而减小;随着两裂纹初始竖向间距的改变,两裂纹开始相互作用时其裂尖距都在56~70 mm之间;两裂纹竖向偏移距离最大位置对应于裂纹尖端水平距离为0的时刻,两相向运动裂纹初始间距越大,裂尖在竖向方向的偏移距离越小。 展开更多
关键词 爆炸载荷 相向裂纹 裂纹扩展 裂纹扩展速度 动态焦散线
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基于单轴剪切破坏的岩石M–C准则参数反演分析 被引量:4
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作者 杨仁树 陈骏 +2 位作者 方士正 侯丽冬 陈帅志 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1351-1356,共6页
基于岩石单轴压缩试验中出现的不同剪切破坏形式,应用极限分析法推导出岩石单轴抗压强度与黏聚力及内摩擦角的关系式。结合矿区岩石单轴、三轴试验结果,验证以岩石M–C准则参数计算单轴抗压强度关系式的正确性,据此关系式获得的结果与... 基于岩石单轴压缩试验中出现的不同剪切破坏形式,应用极限分析法推导出岩石单轴抗压强度与黏聚力及内摩擦角的关系式。结合矿区岩石单轴、三轴试验结果,验证以岩石M–C准则参数计算单轴抗压强度关系式的正确性,据此关系式获得的结果与试验结果差值在6%~10%之间。采用实例进行岩石黏聚力和内摩擦角的反演分析,以岩石实际单轴剪切破坏形式和试验结果为依据,两两结合联立计算得到岩石的黏聚力和内摩擦角。实例表明:基于单轴剪切破坏形式和单轴抗压强度值计算岩石黏聚力和内摩擦角的方法准确,具有实用价值,该关系式也揭示了岩石试样破坏类型与岩石力学参数间的内在关系。 展开更多
关键词 岩石力学 单轴抗压强度 黏聚力 内摩擦角 剪切破坏
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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 被引量:8
12
作者 杨仁树 许鹏 +3 位作者 景晨钟 范军平 方士正 张航 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2039-2048,共10页
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... 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。 展开更多
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
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高温作用后硅质砂岩力学性能试验 被引量:5
13
作者 梁书锋 方士正 +3 位作者 韦贵华 朱现磊 李炜煜 马健起 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2021年第3期87-92,共6页
为了研究高温作用后硅质砂岩的力学性质,采用三轴压力试验机,对常温(25℃)、200℃、400℃、600℃和800℃温度作用下的硅质砂岩试件进行单轴压缩试验,同时利用声波测试仪测量不同温度作用后硅质砂岩试件的超声波波速,分析了岩石强度和变... 为了研究高温作用后硅质砂岩的力学性质,采用三轴压力试验机,对常温(25℃)、200℃、400℃、600℃和800℃温度作用下的硅质砂岩试件进行单轴压缩试验,同时利用声波测试仪测量不同温度作用后硅质砂岩试件的超声波波速,分析了岩石强度和变形特征及岩石波速随温度的变化规律。结果表明:高温对岩石成分有显著影响,进而导致岩石纵波波速、抗压强度及破坏形式的改变,单轴抗压强度随岩石经历温度的升高而降低,并且在400℃时发生明显的转折,呈现出折线型变化趋势,岩石的纵波波速及破坏时的峰值应变也同样在400℃时开始出现增大趋势。引入热损伤因子D T,分析得出该损伤因子与温度之间呈三次多项式函数关系。 展开更多
关键词 高温作用 硅质砂岩 热损伤 物理力学性质
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圆孔缺陷对爆生裂纹扩展行为影响的试验研究 被引量:6
14
作者 杨仁树 左进京 +2 位作者 方士正 陈帅志 王煦 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期174-178,共5页
采用数字激光动态焦散线实验系统,研究爆炸荷载作用下空孔缺陷对裂纹扩展行为的作用关系,以及裂纹扩展行为的规律。结果表明:在爆炸载荷作用下,空孔缺陷能够促使预制裂纹起裂并扩展,且空孔对爆生裂纹扩展方向有明显的导向作用;当爆生裂... 采用数字激光动态焦散线实验系统,研究爆炸荷载作用下空孔缺陷对裂纹扩展行为的作用关系,以及裂纹扩展行为的规律。结果表明:在爆炸载荷作用下,空孔缺陷能够促使预制裂纹起裂并扩展,且空孔对爆生裂纹扩展方向有明显的导向作用;当爆生裂纹向空孔扩展时,空孔对爆生裂纹扩展行为有促进作用,使爆生裂纹与空孔贯通时速度和应力强度因子值增大;次生裂纹扩展速度和裂尖动态应力强度因子值都小于爆生裂纹相应值,且次生裂纹扩展初始阶段速度最大,裂纹的起裂韧度在0.8~1.1 MN/m^(3/2);随着空孔直径的增大,次生裂纹扩展长度先增大后减小,说明存在一个最优的空孔尺寸,使次生裂纹扩展距离最大,对裂纹扩展的促进作用最为显著。 展开更多
关键词 爆炸载荷 空孔缺陷 动态焦散线 裂纹扩展速度 动态应力强度因子
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Caustics study of the effect of glass fibres on dynamic fracture of hardened cement paste 被引量:1
15
作者 杨立云 杨仁树 +1 位作者 赵雪楠 方士正 《Journal of Southeast University(English Edition)》 EI CAS 2014年第4期475-479,共5页
The reflected optical caustics method is applied to study dynamic fracture problems in hardened cement paste. First both the unreinforced cement paste and the glass fibres reinforced cement paste specimens were fabric... The reflected optical caustics method is applied to study dynamic fracture problems in hardened cement paste. First both the unreinforced cement paste and the glass fibres reinforced cement paste specimens were fabricated and the reflective coating on the surface of the specimen was prepared. Secondly the crack path and the shadow spot patterns during the crack propagation process for the two specimens were recorded by using a multi-spark high speed camera.Thirdly some dynamic parameters of two cement paste specimens including crack onset time the dynamic stress intensity factor and crack growth velocity were determined and analyzed comparatively.This indicates that the glass fibres can improve the fracture resistance and delay fracture time.These results will play an important role in evaluating the dynamic fracture properties of cement paste. 展开更多
关键词 reflected optical caustics cement paste glass FIBRE dynamic fracture dynamic stress intensity factor reflected optical caustics cement paste glass FIBRE dynamic fracture dynamic stress intensity factor
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中间起爆柱状药包爆炸应力应变场演化规律 被引量:7
16
作者 杨仁树 郭洋 +3 位作者 李清 许鹏 陈程 方士正 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期3423-3431,共9页
结合动态焦散线、超动态应变测试和数值分析方法,对中间起爆柱状药包爆炸材料中的应力应变场以及爆生裂纹尖端局部应力场的演化规律进行了研究。3种分析方法得到的结论具有一致性。由焦散线方法可得,中间位置起爆柱状药包中垂线方向、... 结合动态焦散线、超动态应变测试和数值分析方法,对中间起爆柱状药包爆炸材料中的应力应变场以及爆生裂纹尖端局部应力场的演化规律进行了研究。3种分析方法得到的结论具有一致性。由焦散线方法可得,中间位置起爆柱状药包中垂线方向、端部垂线方向、端部轴向和端部倾斜方向主应力差值依次减小,各方向近炮孔圆孔处主应力差最大值分别为50.9,29.9,15.3和13.3 MPa,端部效应明显。由于爆炸应力波迅速衰减,圆孔处主应力差值差异随距离炮孔距离的增加逐渐减小。利用小圆孔可有效的对裂纹影响大小和影响范围进行测量,当爆生裂纹扩展到圆孔附近时,受爆生裂纹尖端局部应力场的影响,圆孔处焦散斑呈增大趋势,随着裂纹的不断扩展,其圆孔处焦散斑方向随之不断变化。由超动态应变测试方法可得:炮孔柱部由于应力波的叠加,垂直炮孔方向应变持续时间为40μs,主要表现为压应变,炮孔端部轴向应变持续时间为10μs,首先表现为压应变,随后转为拉应变并持续了较长时间。数值模拟得到了炮孔周围4个方向应力衰减的拟合曲线,弥补了实验方法不能测得炮孔近区应力应变场演化规律的缺陷。中间起爆柱状药包显著改善了沿炮孔轴线爆炸应力场的均匀程度,有利于岩石的破碎,从而提高炮眼利用率,减少岩石大块率。 展开更多
关键词 柱状药包 主应力差 爆炸应力场 动态焦散线 超动态应变测试 数值分析
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低温条件下红砂岩动态力学性能试验研究 被引量:12
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作者 杨阳 杨仁树 +2 位作者 王建国 方士正 张念念 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期967-975,共9页
应用SHPB试验和分形方法研究饱水冻结红砂岩的动态力学性能和破碎分形特性,分析负温变化对红砂岩动态强度性能和变形破坏规律的影响,结合SEM扫描实验,探究应力波作用下饱水冻结红砂岩的微观破裂机制。研究结果表明,负温变化显著影响红... 应用SHPB试验和分形方法研究饱水冻结红砂岩的动态力学性能和破碎分形特性,分析负温变化对红砂岩动态强度性能和变形破坏规律的影响,结合SEM扫描实验,探究应力波作用下饱水冻结红砂岩的微观破裂机制。研究结果表明,负温变化显著影响红砂岩的动态力学性能和分形特性,其中动态强度随温度降低(25^-40℃)呈先增大后减小的趋势,形似"几"字形,峰值应变则是先减小后增大,这与冻岩的静载试验结果迥然不同。经引入分形维数D,建立冻结红砂岩块度分形计算模型,经模型计算得到红砂岩在25,-5,-10,-20,-30,-40℃时的分形维数分别是2.37,2.12,2.29,2.35,2.41,2.44,这与试验筛分结果基本吻合。通过对红砂岩断口形貌的观察和分析,发现低温条件下红砂岩最终断口多发生于黏土胶结物上或其与矿物颗粒的交界处,常温条件下红砂岩断口形貌较为复杂,很难看出规律性,但在引入低温梯度后,由黏土胶结物和矿物颗粒组成的断口形貌会逐渐呈现出规律性,在对相应规律分析总结后推断,负温条件下胶结物的性质和断裂性能对红砂岩力学性能有着更为显著的影响。 展开更多
关键词 岩石动力学 负温 SHPB 分形维数 断口形貌
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霍普金森撞击杆对入射波形影响的数值模拟 被引量:11
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作者 杨阳 王建国 +1 位作者 方士正 张念念 《工程爆破》 CSCD 2020年第1期7-14,35,共9页
分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术是研究材料在中、高应变率下力学性能的主要实验方法。大量的实验研究发现,不同的材料对入射波形的要求是不同的,因此利用霍普金森撞击杆几何参量的研究来分析撞击杆对入射波形的影响,从而根据需要设... 分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术是研究材料在中、高应变率下力学性能的主要实验方法。大量的实验研究发现,不同的材料对入射波形的要求是不同的,因此利用霍普金森撞击杆几何参量的研究来分析撞击杆对入射波形的影响,从而根据需要设计形状不同的撞击杆。通过SHPB实验数据验证有限元模型的准确性,并将数值计算的方法应用于几何参量研究中。研究发现,撞击杆在轴向的直径变化、端面直径的大小、锥段比例等均会对入射波形产生影响,合理的撞击杆几何形状可以消除波形曲线中的P-C振荡。 展开更多
关键词 霍普金森压杆 入射波形 数值模拟 参量研究
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张开型节理角度和长度对类岩石材料动力学特性的影响 被引量:4
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作者 康一强 张祥 +3 位作者 贾文豪 赵志伟 李进 方士正 《矿业科学学报》 CSCD 2022年第3期296-303,共8页
为探究冲击荷载作用下张开型节理对类岩石材料动态力学特性的影响,基于分离式霍普金森压杆实验装置(SHPB),研究完整试件和含不同角度和长度节理的水泥砂浆试件在动荷载下的应力波传播特征、峰值承载力、破坏形态,分析讨论了基于能量理... 为探究冲击荷载作用下张开型节理对类岩石材料动态力学特性的影响,基于分离式霍普金森压杆实验装置(SHPB),研究完整试件和含不同角度和长度节理的水泥砂浆试件在动荷载下的应力波传播特征、峰值承载力、破坏形态,分析讨论了基于能量理论的损伤规律。结果表明:试件会形成一组沿轴向与节理面贯通的张拉裂纹面和一组几乎平行于试件端面的裂纹面;节理长度由5 mm增大到30 mm时,应力波的反射作用越明显,试件的峰值承载力越小,破坏产生的裂纹面越小,因而损伤也越小。当节理角度从0°增至90°时,应力波的反射作用越小,损伤越小;峰值承载力随节理角度增大先减小后增大,当节理角度为60°时,峰值承载力最小,当节理角度为90°时,峰值承载力最大。 展开更多
关键词 节理 冲击荷载 应力波 能量耗散 损伤因子 岩石动力学
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动载作用下铁矿石能量耗散规律及破坏特征试验研究 被引量:2
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作者 刘雅甜 方士正 +2 位作者 何松林 李剑楠 刘朕 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第6期46-54,共9页
为研究攀枝花铁矿开采境界内铁矿石的动力学性能,利用动静组合分离式霍普金森杆实验系统,开展4种典型铁矿石的动态单轴压缩试验。以动态强度、能量耗散、碎屑分布为切入点,分析4种矿石的动力学响应特征。试验结果表明:4种铁矿石的动态... 为研究攀枝花铁矿开采境界内铁矿石的动力学性能,利用动静组合分离式霍普金森杆实验系统,开展4种典型铁矿石的动态单轴压缩试验。以动态强度、能量耗散、碎屑分布为切入点,分析4种矿石的动力学响应特征。试验结果表明:4种铁矿石的动态强度均具有明显的率效应,随冲击速率的增加而增大;所研究冲击速率范围内,中低品位铁矿石的动态强度显著大于高品位铁矿石和表外矿的强度;随着冲击速率的增加,单位体积耗散能随之增大,且单位体积耗散能的增加幅度与铁矿石的品位相关;基于分形理论分析4种铁矿石破坏后碎屑块度的分形维数,发现碎屑块度的分形维数随冲击速率增大而增加;最后,分析了单位体积耗散能与分形维数的关系,发现二者呈现非线性正相关关系。 展开更多
关键词 铁矿石 SHPB 动载 动态强度 能量耗散 分形维数
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