冲击速率对青砂岩抗拉特性及能量利用效率影响

摘要

岩石作为一种常见的工程材料，其动态拉伸力学性能的准确核定及破裂机理至关重要，而巴西劈裂试验是目前测定岩石抗拉强度最广泛的试验方法．为探究不同冲击速率下青砂岩抗拉特性及能量利用效率，结合室内试验与细观参数标定，建立了青砂岩宏-细观力学响应关系，分析了青砂岩在不同冲击速率下的力学特性、破裂规律与能量利用效率．结果表明：(1)青砂岩破裂过程中，碎块内部以拉力链为主，破裂口边缘附近以压力链为主，拉力链在裂纹扩展与延伸中起主要作用，而最终断裂是压力和拉力链相互作用的结果；(2)随着冲击速率增加，青砂岩破裂形态可分为主裂纹为主、次生裂纹出现、次生裂纹贯穿的破坏形式，而破裂微元体、拉伸与剪切裂纹均呈现增加的趋势．在相同的冲击速率下，破裂微元体呈现出缓慢增加、快速增加与稳定增加阶段，而拉伸与剪切裂纹均呈现快速增加与稳定增加阶段，且在破裂过程中主要为拉伸裂纹；(3)在冲击速率为2～12 m/s时，能量利用效率呈现快速增加的趋势，12～28 m/s时，能量利用效率呈现出上下波动趋势，28～30 m/s时呈现出下降趋势，在冲击速率为22 m/s时，最大能量利用效率为8.153%．研究结果可为岩石破碎过程中工艺参数的合理选择提供指导．

关键词

青砂岩 / 冲击速率 / 巴西劈裂 / 抗拉特性 / 断裂能