静态破碎剂作用下裂纹扩展行为的动态分析.pdf

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1、第19卷第7期中国矿业Vo1．19．NO．72010年7月CHINAMININGMAGAZINEJul20i0静态破碎剂作用下裂纹扩展行为的动～一～一_b一眦一薹一～d一．～一态一～一．一鲫分d一．一～一～一拙一薹～一析一w一一～e一～一k一嘶一～眦一d～一一～一～岳中文，杨仁树，郭义先，韩朋飞(1．中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京100083；2．深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京100083)摘要：为了研究岩石静态破裂机理，采用高速摄像技术，对静态破碎剂作用下混凝土模型的破坏过程进行了物理模拟试验。试验研究表明，圆柱体单孔混凝土模型在静态破碎剂作用下，其破坏不是像方形

2、单孔混凝土以三条主裂纹的形式破坏，而是在对称连线上产生两条基本对称的主裂纹；裂纹扩展过程中，裂纹扩展速度和加速度的变化基本是呈现先增加后降低再增加的变化趋势；裂纹的萌生、扩展到最后的失稳过程非常明显。研究结果为静态破碎剂在实际工程中的应用提供试验依据。关键词：静态破碎剂；模型试验；裂纹扩展；动态分析中图分类号：P618．45文献标识码：A文章编号：10044051(2010)07—007104DynamicanalysisofcrackpropagationbehaviorunderswellingofstaticcrackingagentYUEZhong—wen，YANGRen-shu，G

3、UOYi—xian，HANPeng—fei(1．SchoolofMechanics&CivilEngineering，ChinaUniversityofMining8LTechnology(Beijing)。Beijing100083China；2．StateKeyLaboratoryforGeomechanicsandDeepUndergroundEngineering，Beijing100083，China)静态破裂技术亦称静态破石技术、无声破碎孑L及低温“滞死”等难题l2]。为了解静态破碎剂的技术、静态爆破技术等。其作为控制爆破的一个致裂过程，一些学者也进行了系列研究。如唐烈重要补充，

4、在石材开采、混凝土破碎、岩石开挖先_3等对静态破碎剂作用下混凝土模型的破坏过程和高边坡修整等工程领域得到广泛应用。静态破进行了物理和数值模拟试验。桂良玉_4通过实验室裂过程中因无震动、无飞石、无噪声、无粉尘和试验的方法，对静态破碎剂的破岩机理进行了研毒气，以及对保留部分无损伤，而倍受施工单位究，并就其在井下施工中的应用进行了探讨。王赞誉。尤其是在我国的三峡水利工程建设中大面建鹏[5研究了静态破碎剂破岩机理、破碎体裂纹发积使用，取得了良好的经济和社会效益[1]。展规律。白聚波等从力学角度分析了静态破裂剂静态破碎剂的突出优点是安全，但其也存在的作用原理。上述研究，对静态破碎剂作用下裂作用时间较长

5、、破碎不易预测和控制、易产生喷纹扩展规律，如裂纹的扩展速度和加速度并没有涉及。本文进行了静态破碎剂作用下材料破坏的收稿日期：2010—04—17物理模型试验，分析了静态破碎剂作用下圆柱体基金项目：中央高校基本科研业务费资助单孔混凝土模型裂纹扩展规律。作者简介：岳中文(1975一)，男，博士，主要从事岩土工程方面的研究和教学工作。72中国矿业第19卷1试验描述3试验结果及分析1．1试件制作与静态破碎剂的选取3．1试验结果从大量的试验结果可以看到，静态破碎的作试验中采用的是M15配比制备的砂浆。模型用下，大部分圆柱体试件都是产生两条裂纹并贯试件为圆柱体，单圆孔孔眼位于试件中心，圆形穿整个试件。图

6、1表示从其中选取的一个试验结孔眼在浇筑成形后用钻具钻取。模型试件半径果。从图1可以看到，先开裂到试件边缘的为裂纹200mm，高度400mm；孑L眼半径48mm，孔深A，后开裂的为裂纹B。320mm。选用四川省珙县建洪化工厂生产的超力牌Ⅱ型静态破碎剂。以水与药剂的重量比0．3的比例搅拌静态破碎剂，搅匀后，迅速装入试件的圆孔中。1．2试验设备本试验采用的是加拿大MEGAPIXELMS55K型高速摄影机。2裂纹扩展速度和扩展加速度的测试原理利用高速摄影拍摄的扩展裂纹尖端位置，可图1试验结果以确定每瞬时时刻的裂纹扩展长度。为了获得裂纹扩展速度、裂纹扩展加速度等断裂参数精确值，3．2裂纹A扩展变化规律

7、可用由Takahashi和Arakawa提出的数据拟合方图2表示不同时刻裂纹A的扩展变化过程。法，来计算真实的裂纹长度5(￡)ET]。下面是关于根据公式(4)和(5)可以绘制出位移S和S时间t的9阶多项式：随着时间t变化的曲线，如图3、图4所示。s(￡)一∑St(1)其中，系数S利用最小二乘法原理求出，由此裂纹扩展的速度和加速度Ct可由拟合曲线S(￡)的一次和二次时间导数分别得到。—S()(2)-一-一～-a