岩体爆破裂纹扩展速度实验研究

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1、2000年6月岩体爆破裂纹扩展速度实验研究张志呈·1·X岩体爆破裂纹扩展速度实验研究张志呈西南工学院(四川,621002)[摘要]爆破过程中,介质的破裂是由裂纹发展的过程决定的。因此,研究裂纹扩展规律必须研究扩展速度,对探讨岩石断裂控制爆破机理,具有重要意义。文章介绍了岩石的断裂现象、裂纹扩展速度的变化过程、断裂速度的理论计算方法以及一些实验结果与影响裂纹扩展的因素。[关键词]断裂控制扩展规律断裂现象[分类号]TD235.371O39AnExperimentalStudyofCrackExpansionSpeedinRockBlas

2、tingZhangZhichengSouthwestInstituteofEngineering(Sichuan,621002)[ABSTRACT]Intherockblasting,theruptureofthemediumisdependentontheprogressofcrackexpansion.Therefore,thestudyoftheruptureexpansionspeedisveryimportantforthestudyofruptureexpansionmechanismanditisofgreatsign

3、ificanceinthecontrolledblastingofrock.Therupturephenomenonofrock,thetransfomationofruptureexpansionspeedandthetheoreticalcalculationofexpansionspeedareheregiven.Thetestdataandtheinfluencefactorsarealsodiscussedindetails.[KEYWORDS]rupturecontral,principleofexpansion,rup

4、turephenomenon岩体(或固体材料)内裂纹的发生和扩现象的含义为:展,意味着材料状态的改变,是能量由一种形(1)在应力波与介质中的天然裂纹相互态向另一种形态的转变。裂纹的扩展虽不能作用时,如果裂纹尖端的应力强度因子KI达说明是岩石破裂的所有形式,但无疑是一般到材料抵抗动态断裂韧性指标——断裂韧破坏的基本过程。度KId,岩石就失稳产生新的裂纹。研究断裂控制爆破,须了解爆破时岩石(2)当KI

5、分岔韧性KIb,是岩体爆破、裂纹扩展规律重要内容之一。裂隙会发生分岔。1爆破动荷载作用下岩石断裂现象和裂纹从岩石裂纹扩展可知,当一阶段荷载施扩展速度的变化过程加于裂纹表面裂纹尖端的应力强度因子并不1.1动荷载作用下岩石的断裂现象是立即上升到与固体材料的临界应力相对应我们知道,岩石介质是由晶体或不定型的值,而是从零开始逐渐增加,首先达到静态体通过粘连接物接起来的,通常含有空隙与应力强度因子,然后继续上升,直到达到动态裂纹,在爆炸等动荷载作用下,将发生扩展、应力强度因子。在这一过程中,裂纹经历了起分岔、合并等现象,从断裂力学的观点看三种

6、动、非稳定扩展等阶段,这个过程与静力过X四川省科委资助项目。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·2·爆破器材ExplosiveMaterials第29卷第3期程,在时间上差几个数量级,在高加载速率究,爆炸波的高速冲击(或应力波高速传递)下,这段时间可能只有几微秒至几十微秒。作用首先作用于孔壁岩石产生初期(孔壁周大量实验证明,岩石的断裂破坏效果与边)径向裂纹。通过分析计算炮孔周边径向裂

7、作用力大小、荷载作用时间的长短、变形速度纹尖端的应力强度因子,认为爆生气体驱动的急缓有关。的裂纹扩展可分为稳定扩展和非稳定扩展两[2]1.2裂纹扩展速度的变化过程个阶段,而非稳定扩展阶段实际是裂纹的按照格里菲斯(Griffith)的脆性破坏理间断扩展过程。裂纹的稳定扩展速度由论,当物体裂纹尖端附近的应力强度因子KIGriffith理论确定,而非稳定扩展阶段其平均达到临界值KIC时,裂纹才开始扩展。但是有扩展速度取决于爆生气体在裂纹中的膨胀流人发现,不少的脆性材料KI

8、特(Mott)对裂纹扩展速度的研究开始扩展,有人把裂纹扩展速度归纳为:亚临界、临界、稳定扩展等三个变化过程如图莫特的研究认为,当加载到格里菲斯极1,其含意:限状态时,作了裂纹扩展速度和物体内的音亚临界状态——KI