Title of Paper:冲击作用下的压头破岩机制研究

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Date of Publication:2013-06-10

Journal:岩土力学

Included Journals:EI、PKU、ISTIC、CSCD、Scopus

Volume:34

Issue:6

Page Number:1775-1785

ISSN No.:1000-7598

Key Words:岩石破碎;数值模拟;黏弹性边界;砂砾岩

Abstract:与静态岩石破碎过程相比,冲击作用下岩石的应力改变具有时间效应,应力波传播过程中表现出压、拉变化.基于损伤演化原理和有限元数值模拟方法,针对冲击荷载作用下的压头破岩机制进行了模拟分析.为排除边界上反射波的影响,黏弹性边界被纳入计算中.首先论证了黏弹性边界在均质和非均质介质中的计算精度,然后分析了冲击作用下不同均质度的岩石以及砂砾岩的响应规律,结果显示:在弹性情况下,压头与岩石接触边缘以及自由面附近是拉应力分布区,接触边缘拉应力最大.剪应力最高值并不位于接触面附近,而是离接触面有一定距离.较均质岩石主要呈现拉伸破坏模式,先出现赫兹裂缝,然后是径向裂缝和侧向裂缝,拉应力的产生成为诱发裂缝萌生和扩展的主因.当岩石均质度较低时,岩石的破坏形式呈现多元化,剪切破坏比重加大,表现为复杂的拉剪破坏模式.对于砾石粒径较大、含量较多的砂砾岩,砾石和基质的非均匀性不可忽略,冲击下破坏模式以绕粒环行和穿粒破坏为主.总体说来,对于岩石类准脆性材料,应力波传播过程中产生的拉应力是失稳的诱发和扩展的关键.