動靜組合載荷破巖聲發(fā)射數(shù)值分析及試驗研究.pdf

1、機械破碎巖石具有連續(xù)、安全、高效等優(yōu)點。該破巖方法在礦山開采、隧道施工、石油鉆探等巖土工程領域得到了廣泛應用，并日益發(fā)揮著重要作用。然而，過去的理論與試驗研究主要集中在單一靜載荷或沖擊載荷作用下的巖石破碎特征及其對應的最優(yōu)加載形式上，對動靜組合載荷破巖的研究則較少；各種破巖試驗中重點研究的是巖石的鑿入深度、破碎程度以及破巖比功等破巖效果，破巖過程監(jiān)測的研究則更少。對于動靜組合載荷破巖并利用聲發(fā)射技術實時監(jiān)測巖石破碎過程的理論或試驗研究則

2、幾乎沒有。基于上述問題，本文對動靜組合載荷作用下巖石破碎時的聲發(fā)射特點進行了理論分析、數(shù)值模擬以及實驗研究。
　　在總結分析單一靜載和動載破巖特征的基礎上，運用物理力學和彈塑性力學理論，分析了壓頭侵入破碎巖石時受力情況、破碎特點，得出了動靜組合載荷鑿入力和波動方程，并在此基礎上運用巖石破碎聲發(fā)射理論構建了動靜組合載荷破巖聲發(fā)射總數(shù)、聲發(fā)射率和聲發(fā)射能量關系式。結果表明：動靜組合載荷作用下巖石聲發(fā)射能量和計數(shù)均大于單一靜載或動載，且

3、能在較短時間內(nèi)使得巖石破碎聲發(fā)射能量和計數(shù)達到最高水平，說明動靜組合載荷能顯著提高破巖效率和效果。
　　采用巖石破壞過程分析軟件―RFPA對花崗巖和水泥砂漿塊在受不同動靜組合載荷作用下的破碎情況進行了數(shù)值分析。結果表明：在靜載破巖時，巖石聲發(fā)射活動隨壓頭作用力呈波浪形變化，聲發(fā)射能量的激增總是對應壓頭作用力下降階段，且在巖石整體開裂時聲發(fā)射能量達到峰值；動載荷破巖時，巖石的巖性對破巖效果和巖石破碎過程中聲發(fā)射活動影響較大；動靜組合

4、載荷能明顯提高破巖效果，不同組合加載模式下巖石破碎，其聲發(fā)射能量和計數(shù)各不相同，存在一個合理的動、靜載荷配比能夠使聲發(fā)射總能量和總計數(shù)達到最大值。
　　在多功能動靜組合破巖試驗裝置上對混凝土、花崗巖和水泥砂漿塊在不同靜載荷、動載荷以及組合載荷作用下進行了破碎試驗，應用高速攝影機記錄了巖石破碎過程，采集并分析了巖石破碎過程中聲發(fā)射數(shù)據(jù)。結果表明不同巖性巖石在靜載、動載作用下破碎效果以及聲發(fā)射特點各不相同；動靜組合載荷作用下巖石破碎聲