动静组合加载下刀具破岩的力学模型.pdf

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1、2013年第40卷第2期探矿工程(岩土钻掘工程)15动静组合加载下刀具破岩的力学模型张化民，于好善，陈礼仪，宋刚(1．成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都610059；2．中国地质科学院勘探技术研究所，河北廊坊065000)摘要：基于初始弹性和动静荷分工的假设，将动静复合加载下坚硬完整的脆性岩石的破碎过程分为弹性、损伤和断裂3阶段，综合运用弹性力学、岩石力学、损伤力学和断裂力学进行分析。由集中力作用下弹性半空间的应力场和单元体的剪切破坏，得出了岩石损伤的裂纹源和其曲线扩展路径；选定I型、Ⅱ型裂纹作为动载冲击作用下压剪裂纹的扩展模式。提出了

2、以冲击能(次数)来定义损伤度的方法。以相邻破碎坑的侧向裂纹扩展贯通作为岩石破碎的终点。本力学模型可以用于动静复合加载破碎岩石的系统仿真、数值模拟和机具设计。关键词：动静载荷；岩石破碎；裂纹源；破岩刀具中图分类号：P634．1文献标识码：A文章编号：1672—7428(2013)02—0015—04MechanicalAnalysisonRockFragmentationunderCombinedStaticandDynamicLoading／ZHANGHua—min，YUHao—shan，CHENLi—yi，SONG(1．ChengduUni

3、versityofTechnology，ChengduSichuan610059，China；2．TheInstituteofExplorationTechniques，CAGS，LangfangHebei065000，China)Abstract：Basedontheinitialelasticanddivisionsofworkbystaticanddynamicloads，thehardandintactbrittlerockbreakingprocessunderstaticanddynamicloadingisdividedinto

4、3stages：elasticity，damageandfracture，whichareana—lyzedbycomprehensiveuseofelasticmechanics，rockmechanics，damagemechanicsandfracturemechanics．Bytheelas—tichalfspacestressfieldandshearfailureoftherockunitundertheconcentratedforce，thedamageofrockcracksourceanditscunreextension

5、patharefound：typeIandtypeⅡcracksareselectedaspressshearcrackextensionmodesunderdynamicloadimpact．Methodtodefinethedamagedegreebyimpactenergy(times)isputforward．Thelateralcrackprop—agationandcoalescenceofadjacentpitisdefinedastheendofrockbreaking．Thismechanicalmodelcanbeappl

6、iedinthesystemsimulation，numericalsimulationandmachinesdesignforrockbreakingbycombinedstaticanddynamicloading．Keywords：staticanddynamicloads；rockbreaking；cracksource；cuttingtool0引言果可以概括为：动静态组合加载模式能大幅度提高岩石破碎工程广泛存在于矿山开采、油气井钻破岩效果，在破碎深度、破碎体积和破岩比能上较单进、地质勘探、隧道掘进等工程领域之中。对岩石在一冲击或静力

7、压人具有明显的优势，不同的动静组复杂荷载下的力学性质和破坏特性进行研究，对岩合载荷存在不同的破岩比能，合理选取动静载荷的土施工机具的设计、开发具有重要的指导意义。比值，可使破岩比能最小，破碎效果达到最优。合理岩石作为一种地质材料，内部存在大量的晶界、的加载方式应是冲击载荷使岩石产生足够大的开裂位错、孔洞、微裂隙等裂纹源，在外力作用下，这些裂区，再与之匹配适当的静压和切削力将开裂区岩石纹源不断地贯通、聚集、成核最终导致岩石宏观破切削下来。坏。岩石的这种逐渐破坏过程已经成为人们的共本文的分析基于以下2个假定：识，并可以用损伤来进行描述。岩石的破坏

8、作为岩(1)初始连续弹性假定：岩石初始状态为坚硬石内部众多微观裂纹相互作用的结果，其模式受岩完整的脆性岩石，不考虑岩石天然状态的孔洞、裂隙石的受力状态控制。等，可以