冲击载荷作用下硬岩层裂破坏的理论和试验研究.doc

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1、第30卷第6期李夕兵等：冲击载荷作用下硬岩层裂破坏的理论和试验研究•1087•冲击载荷作用下硬岩层裂破坏的理论和试验研究李夕兵1，2，陶明1，2，宫凤强1，2，殷志强1，2，杜坤1，2(1.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083；2.中南大学深部金属矿产开发与灾害控制湖南省重点实验室，湖南长沙410083)摘要：理论分析半正弦冲击入射加载波形下的层裂破坏特性，推导产生层裂破坏的位置和层裂厚度。利用改进的霍普金森压杆装置产生的半正弦波形对花岗岩试件进行层裂破坏试验。采用高速摄像仪记录试件层裂破坏的全过程。试验结果表明：岩石试件在

2、半正弦入射加载波形情况下，首先如理论推导结果一样只产生了一层层裂破坏，但是随着时间的推移，岩石试件后续又产生了多层层裂；高速摄影仪和动态应变仪所采集到的分析结果均表明后续产生的层裂是由于入射加载过程中已经对岩石试件产生了损伤，以致在很弱的残余反射波作用下继续产生破坏而出现多层层裂。因此，研究岩石等脆性材料的层裂破坏规律，不但要根据最大拉应力瞬间断裂准则分析入射加载波和反射卸载波相互作用所产生的破坏效应，而且要考虑损伤对材料的影响。理论分析和试验方法对研究岩石的层裂破坏及其他相关特性具有一定的指导意义。关键词：岩石力学；硬岩；层裂；霍普金

3、森压杆；高速摄影机；损伤中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2011)06–1081–08THEORETICALANDEXPERIMENTALSTUDYOFHARDROCKSPALLINGFRACTUREUNDERIMPACTDYNAMICLOADINGLIXibing1，2，TAOMing1，2，GONGFengqiang1，2，YINZhiqiang1，2，DUKun1，2(1.SchoolofResourcesandSafetyEngineering，CentralSouthUniversity，Cha

4、ngsha，Hunan410083，China；2.HunanKeyLaboratoryofResourcesExploitationandHazardControlforDeepMetalMines，CentralSouthUniversity，Changsha，Hunan410083，China)Abstract：Throughatheoreticalanalysisofthespallingcharacteristicsofrocksundertheimpactloadingofthehalf-sinewaveincident，t

5、helocationandthicknessofrockspallingfractureareobtained.Inthelaboratory，theimprovedSplitHopkinsonpressurebardevicewhichproducestheincidenthalf-sinewaveisappliedtomeasurethespallcharacteristicsofthegranitespecimens.Thecompleteexperimentalprocessisrecordedbyahigh-speedcame

6、ra.Testresultsshowthattherockspecimensundertheimpactloadingofthehalf-sineincidentwaveonlyproduceonespallinglayerinitially，whichiscompletelyinaccordwiththetheoreticalanalysis；andtherockspecimensproduceseveralspallingfractureswithtime.Theanalysesofbothpicturesfromthehigh-s

7、peedcameraandwaveformrecordedbydynamicstraingaugesindicatethatthereasonoffollowingsmallspallingfracturesisthedamagesofrockspecimenscausedbytheinitialloading.Foradamagedrockspecimen，averyweakresidualreflectedwavespreadingalongthespecimenwillmakeitproducesmallspallingfract

8、ures.Hence,theinvestigationonthespallingcharacteristicsofrockorotherbrittlematerialsshouldnotonlyconsid