冲击作用下岩石破碎比功理论分析及模糊预测模型 (1)
岩土类材料的损伤本构模型及其在冲击动力学问题中的应用
岩土类材料的损伤本构模型及其在冲击动力学问题中的应用岩石、混凝土材料等非均匀和各向异性材料的动态本构和冲击损伤破坏规律的研究,是现阶段冲击动力学领域的重要的科学问题之一。
这一科学问题的研究对材料变形损伤破坏的非线性效应、应变率效应的耦合表征提出了新的挑战。
本文首先对岩土材料本构模型的研究概况和进展进行了较为全面、系统的回顾和总结。
对现有的主要的冲击载荷下的动态损伤模型进行了较系统的评述和比较,并对当前的研究热点及趋势作了讨论。
在此基础上,阐述了解决本课题理论问题的思路和方法。
岩土类材料的重要特征是其静压相关塑性屈服行为,本文在静水压相关的广义热粘塑性本构的理论框架下,从修正Drucker公设和应力空间中的屈服函数出发,以材料本构关系的内变量理论为工具,推导并建立了一般形式的,特别是静水压相关的热塑性和热粘塑性增量型本构关系的普适形式,其所得到的本构关系可以包含各种内变量硬（软）化行为、应变率硬（软）化行为、损伤软化、温度软化行为以及相互间的耦合作用。
所给出的本构关系是以应力屈服面为基础的,具有普适性;对任何动态程序都特别适用和方便,易于嵌入到损伤材料的冲击动力学数值计算程序,具有很强的实用性。
考虑到应用的重要性,文中特别给出了若干常用的岩土本构模型的增量本构关系计算公式和流程。
在较详细地论述了分形、分形维数概念及分形测量方法的基础上,将之与岩土材料损伤破坏所具有的分形特点相联系,尝试性地将分形几何引入到岩土材料损伤定义,详细地推导了岩土材料的拉伸状态下损伤演化方程。
其损伤演化方程中,分形维数及其与损伤能量耗散率的关系的引入,不仅解决了损伤的确定问题,减少了损伤模型中的所涉及的岩土特性参数,而且新构造的分形损伤模型可计及岩土的天然损伤影响和应力波传播过程中引起的裂纹扩展效应新进展。
以岩土损伤分形本构模型的研究成果为基础,由岩石损伤分形维数和能量耗散率之间的关系,建立了拉压两种不同状态下的损伤演化方程,并以等效模量理论为基础建立了岩土材料含损伤的动态本构关系;利用本文所建立的含损伤本构模型,采用有限差分方法对砂岩冲击载荷下一维应变波传播问题进行了数值模拟,得到了应力波传播过程中,应力、分形维数、裂纹密度及损伤等量得演化规律,其结果对工程应用有指导意义。
单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究
单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究一、本文概述本文旨在深入研究单轴压缩下岩石损伤演化的细观机理，并探讨其对应的本构模型。
通过对岩石在单轴压缩过程中的微观破坏行为进行详细分析，揭示岩石损伤演化的内在机制，进而建立能够准确描述岩石力学行为的本构模型。
这一研究对于理解岩石的力学特性、预测岩石工程的稳定性和优化岩石工程设计具有重要意义。
在概述部分，本文将首先介绍单轴压缩试验的基本原理和方法，以及其在岩石力学研究中的应用。
随后，将概述岩石损伤演化的基本概念和研究现状，包括岩石损伤演化的定义、分类、影响因素等。
在此基础上，本文将提出研究目的和意义，明确研究内容和方法，并简要介绍论文的结构和主要研究成果。
通过本文的研究，我们期望能够深入理解岩石在单轴压缩下的损伤演化过程，揭示其细观机理，并建立相应的本构模型。
这将有助于我们更好地预测和控制岩石工程的稳定性和安全性，为岩石工程的设计、施工和维护提供科学依据。
二、单轴压缩岩石损伤演化细观机理在单轴压缩条件下，岩石的损伤演化细观机理是一个复杂而关键的科学问题。
单轴压缩是指岩石在单一轴向压力下发生的变形和破坏过程，它是岩石力学中最基本也是最重要的试验手段之一。
在这个过程中，岩石内部的微裂纹、微孔洞等损伤会不断演化，最终导致岩石的宏观破坏。
岩石在单轴压缩过程中，由于其内部存在的非均匀性和初始损伤，会导致应力分布的不均匀。
在应力集中区域，微裂纹会首先产生并扩展。
这些微裂纹的扩展方向往往与最大主应力方向一致，形成所谓的“翼裂纹”。
随着应力的增加，微裂纹会不断扩展、连接，形成宏观裂纹，导致岩石的整体强度降低。
岩石的损伤演化过程中还伴随着能量的耗散和释放。
在微裂纹产生和扩展的过程中，会消耗一部分外部输入的能量，并以热能的形式释放出来。
同时，岩石内部的损伤还会导致其弹性模量、泊松比等力学参数的降低，进一步影响岩石的应力-应变关系。
岩石的损伤演化还受到多种因素的影响，如岩石的矿物成分、颗粒大小、孔隙率、温度、压力等。
围压条件下岩石循环冲击损伤的能量特性研究
1
引
言
岩石的损伤程度及其耗能规律，是岩石爆破理论和 地下岩石支护理论研究中的重要课题。本文采用带 围压加载装置的φ 100 mm SHPB 系统，对围压条件 下 3 种不同岩石在冲击荷载循环作用下的冲击损伤 的能量特性进行试验研究。在确定岩石损伤度判定 方法的基础上，分析了岩石在冲击荷载循环作用下 的损伤度与累积比能量吸收、围压等参量之间的关 系。并对不同岩石冲击损伤的能量特性进行比较， 为研究工程岩体在爆炸冲击荷载下的动力学特性提 供一种新的思路。研究结果对地下工程的建设和防 护有一定的指导意义。
0 0.000
0.005
地下工程的岩体多处于复杂的应力状态，地应 力条件下岩石的破坏现象，受到岩石力学学者的关 注 。国防、人防、矿业、交通工程中的大多数岩 体在破坏过程中不仅受到地应力的作用，同时也会 如炮弹的爆炸冲击破坏作用、 受到动荷载的影响 ， 洞室开挖过程中的爆破冲击作用和机械扰动以及地 震荷载的影响等。冲击荷载作用下，岩体的损伤破 坏及能量特性方面的研究有着广泛的应用，其中的 许多问题，已成为岩石力学与工程界的热门课题 。 事实上，多数岩体的破坏并不是单一脉冲作用的结 果，而是由多次冲击作用造成的，如武器的多次打 击、围岩的多次爆破以及几次地震余震对岩体造成 的破坏等。岩石冲击荷载循环作用下的损伤规律以 及能量耗散特性已成为探讨岩石爆炸和破坏机制、 应力波传播和衰减规律、地下结构的破坏效应分析 等必不可少的资料 。因此，开展围压条件下岩石 循环冲击损伤的能量特性研究，具有重要的理论意 义和工程价值。 B. Menendez 等[5]利用光镜和电镜扫描技术对 岩石在三轴压缩下的脆性开裂和破碎流动的微观力 学机制以及损伤演化进行了试验研究。N. Gatelier 等[6]对多孔砂岩进行了准静态单轴和三轴状态的循 环加载试验，研究了各向异性对材料的峰前损伤的 影响，定量分析了不可逆应变、模量的变化随累积 损伤的关系。I. L. Meglis 等[7]基于超声速度和振幅 对裂纹的敏感性，应用超声层析成像现场测试方法 研究了加拿大原子能地下实验室隧道开挖诱发的围 岩损伤问题，得到围岩损伤程度和损伤分布规律。 杨小林等 [8] 在大理岩中进行了模拟爆破试验，得 到了不同爆心距和爆破条件下，爆破对岩石损伤 破坏作用规律。李夕兵等 [9] 利用多荷载凿岩机、 INSTRON 系统和 SHPB 装置，对岩石在不同动静 组合加载下的强度特性、破碎规律及吸能效率进行 了试验研究。尤明庆等[10
各种地震岩石物理模型介绍及其适用范围
2、当利用理论和模型时,必须了解到它们的适用性范围
和假设条件，以免导致数据被错误地解释。
互连通的,而且粒径大小完全一样;(3)波长比岩石颗粒的最
大尺寸大得多;(4)岩石基质和孔隙流体之间存在相对运动但 遵循Darcy定律;(5)由波传播过程中能量损耗造成的热效应 可以忽略;(6)孔隙流体和岩石基质不发生化学相互作用。
2、Biot理论
Biot得出当频率趋于零时,Biot理论就变成了Gassmann 方程.当波频率趋于无穷时,可以得到如下的一组Biot高频方
不能描述饱含流体的孔隙介质中的波传播。Biot建立了一套
饱含流体岩石的弹性波传播的基本理论,该理论的本质是将 饱含流体岩石的弹性特性(速度和衰减)和岩石骨架、岩石格 架(干燥岩石)以及饱含流体联系起来,适用于整个频率范围。
2、Biot理论
Biot理论的基本假设包括:(1)岩石或孔隙介质(基质和 骨架)在宏观上是均匀和各向同性的;(2)所有的孔隙都是相
4 d , 3
Kd 1 K m 2 Km Km R ,Q , Kd Km Kd Km 1 1 Km Kf Km Kf
11 d 1 f , 22 f , 12 1 f
2、Biot理论
其中：Vp ,Vs 分别为高频极限纵横波速度， K f 、K d 和
K m 分别是孔隙流体、岩石骨架和组成岩石的矿物的体积模
f , d 分别是孔隙流体和岩石 量，d 是岩石骨架的剪切模量，
是孔隙度， 为弯曲系数，由孔隙的几何形 骨架的密度，
态决定。
包含体模型假设岩石是由颗粒和球形或椭球形 的包含体组成的集合体,并且每个包含体在均匀的骨 架中是孤立的,整体上具有和等效介质相同的弹性性 质.这类模型不仅能用来估计饱含流体岩石中的地震 速度,而且可以用来计算骨架速度。
冲击载荷作用下煤岩破碎与耗能规律实验研究
变率和应力波携带的能量均呈线性增长，而煤岩破碎耗散能则呈指数上升。通过对实验碎块进行
块度分维，发现随着应变率的提高，试件的耗散能密度快速增大，煤岩碎块的分形维数就越大，
块度越细，破坏的程度越剧烈。分形维数与应变率及耗散能密度之间呈对数增长的关系，即分形
维数增大的趋势变缓。
关键词 煤岩；分离式霍普金森压杆；动态冲击；能量耗散；分维
中图分类号 TD 315
文献标志码 A
DOI 10.13545/ki.jmse.2016.02.029
Experimental research on failure and energy dissipation law
of coal under impact load
ZHANG Wenqing，SHI Biming，MU Chaomin
第 33 卷 第 2 期 2016 年 03 月
采矿与安全工程学报 Journal of Mining & Safety Engineering
文章编号：1673-3363-(2016)02-0375-061
Vol.33 No.2 Mar．2016
冲击载荷作用下煤岩破碎与耗能规律实验研究
张文清，石必明，穆朝民
本文利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对 煤岩进行不同载荷作用下的冲击压缩试验，结合岩 石动态冲击能量计算理论和分形理论，对煤岩试件 在中等应变率条件下破坏的能量耗散、破碎吸能、 破碎块度与应变率的关系进行了研究，分析了煤岩 在冲击破坏过程中的能量耗散及破碎块度分布特 征。
1 动态冲击实验
1.1 SHPB 压杆实验装置 本次实验是在安徽理工大学冲击实验室的 Φ75
本文利用分离式霍普金森压杆装置shpb对煤岩进行不同载荷作用下的冲击压缩试验结合岩石动态冲击能量计算理论和分形理论对煤岩试件在中等应变率条件下破坏的能量耗散破碎吸能破碎块度与应变率的关系进行了研究分析了煤岩在冲击破坏过程中的能量耗散及破碎块度分布特动态冲击实验11shpb压杆实验装置本次实验是在安徽理工大学冲击实验室的75mmshpb实验系统上完成装置示意如图1所示
岩石热破裂过程的数值模型及其应用
岩石热破裂过程的数值模型及其应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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冲击载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究
维普资讯
６
中国钨毋
模 型见 图 ３ 。 表 １ 花岩 石试件 的 力学参数
第卷 ２ ２
速率 ， 材料 的变 形破 碎行 为和机 制产 生重 大影响 。 对 爆炸冲击 载荷 比机 械冲 击载荷 的强度要 高得 多。爆
炸发生 以后 ，气体 产生 的压 力瞬 间可达 到一万 多个
收 稿 日期 ：０ ７ ０ — １ ２ ０ — ８ ２
机械 冲击 是动 能传 播 到一个 系统 ，其发生 传递
的时问 比该 系统 的 自由振 动 周期 要短 。冲 击载荷 的
这 种短暂 特征 ，意 味着 在材 料 中会 产 生很高 的应变
作者简介： 谢世勇（ ９２ ）男 ， １ ８ 一 ， 江西南康人 ， 硕士 ， 从事矿 山地压控制、 矿岩破碎等方 向研究。
维普资讯
第２ ２卷第 ５期
２０ ０ ７年 １ Ｏ月
Ｃｈ ｎ ｎ ｓｅ ｕ ｔｙ ｉ ａ Ｔｕ ｇ ｔ ｎ Ｉ ｎｄ ｓ ｒ
中闭鹆案
Ｖｏ ． ２Ｎｏ５ １ ， ． ２ ０ｃ ．０ ７ ｔ２ ０
文 章编号 ：０９ ０２ （ ０） —０５ ０ １０—６２ ０７ ５００—５ ２ ０
关键词 ： 冲击载荷； 岩石破碎； 数值模拟； 试验研究
中 图分 类号 ： Ｕ ５ Ｔ ４７
文 献标识码 ： Ａ
０ 引 言
花 岗岩是钨矿 围岩 中常见 的一种 岩石 。 目前许 多钨矿矿 山为 了延长矿 山服 务年 限 ，急需 加 强矿 山 外围和深 部勘探 ，这就 需要 进行 大量 的矿 岩破碎 工
的地震 效应 。
表 ２ 刀具材 料 的物 理 力学性 能
的力学参 数 见表 １ ２ 和 ，划分 网格 后 的岩石 及刀具
落石冲击力理论与数值模拟研究
3.2. 落石冲击棚洞结构的数值模型
本文运用 ANSYS/LS-DYNA 软件，建立与实际工程一致的模型，通过显示动力算法模拟落石冲击混 凝土棚洞的全过程。 材料模型：针对钢筋混凝土冲击过程中破坏大变形问题，选择合适的混凝土本构关系至关重要。混 凝土标号为 C30，采用 HJC 材料模型，该模型因其简明合理的描述和计算程序的适应性，在混凝土强动 载问题中获得了世界范围的广泛应用[12]。其材料参数见表 2。
3.1. 落石与棚洞材料参数
本文棚洞结构主要分为上下两个部分，上部为钢筋混凝土 T 型梁，下部为混凝土顶端梁，混凝土棚 洞模型如图 1 所示。根据 JTG/TD70-2010《公路隧道设计细则》[11]规定，当边坡有严重的危石、崩塌威 胁时，棚洞顶板的回填土厚度不宜小于 1.5 m，因此在棚洞顶板上铺设 1.5 m 砂土缓冲层。 由于实际工程中，落石的形状并非规则的球体，为了使冲击结果与实际工程更相近，因此落石采用
Open Access
1. 引言
落石是山区常见的灾害，对其危害范围内的公路、铁路等构筑物和人类活动构成了严重的威胁。棚 洞作为一种有效的被动防护措施，目前已广泛地建造于落石易发处，来保护山区公路和铁路，防止交通 堵塞。落石冲击力是棚洞结构设计时需要考虑的主要荷载之一。国内外学者对冲击力的研究主要基于四 个理论：动量定理、弹性力学、接触力学和塑性变形[1]。 为了保护棚洞的下部结构，设计人员通常在棚洞上部铺置一定厚度的砂土垫层来缓冲落石对棚洞结 构的冲击。 落石冲击土层时包含了土层的弹性、塑性变形， 也伴随着粘性、 硬化和摩擦能量耗散等行为， 导致冲击过程更加复杂。 因此学者们对于落石冲击的研究大多基于冲击实验结果推导半经验半理论公式： 日本道路公团[2]和 Labiouse 瑞士公式[3]基于 Hertz 弹性接触理论和室内落石冲击试验数据结果，提出计 算落石冲击力的半经验半理论公式；Pichler [4]等结合室外实验，根据落石冲击深度、落石高度计算其冲 击力及冲击时间；杨其新、关宝树教授[5]通过对室内落锤实验数据拟合，建立落石冲击力计算方法。另 外，国内的《公路路基设计规范》(JTJ13-95) [6]和《铁路工程设计技术手册·隧道(修订版)》[7]也推荐了 落石冲击力的近似算法。 然而实际工程中，山区落石的形状各异，冲击能量较大，当落石冲击砂石等缓冲层后，造成的压痕 较深变形较大，Hertz 弹性理论的小应变假设已经不能应用于伴随着塑性变形的落石冲击力的理论研究。 各个理论计算方法通常采用球形落石的形式，而忽略了落石形状对冲击力的影响。从理论上、数值上和 实验上，对落石形状对冲击力和结构响应的影响研究较少。徐胜[8]通过数值模拟表明：在同等条件下， 落石形状的不同会导致冲击力大小也不同，其中正方形时，落石冲击力最大。Peng Yan, Jinhua Zhang [9] 等人通过数值模拟发现，与圆形落石相比，椭球体随着球度的增大，峰值冲击力和冲量增大。因此本文 在考虑落石形状的情况下，通过数值模拟二十六面体落石冲击混凝土棚洞结构，来研究现今推荐使用的 各个落石最大冲击力的计算方法是否依然适用。
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z
1-断裂体；2-碎断体；3-密实核残体
图 1 岩石破碎断面 Fig.1 The section of broken rock
2.2 岩石破碎比功模态建立 根据能量守恒原则，破岩机具所作的功应该包 含破碎岩石、转化为热能以及形成振动波等所消耗 的能量，而岩石破碎所消耗的能量是破岩机具所做 的功的主要部分。为简化分析，将岩石破碎所消耗 － 的能量看作为破岩机具所做的功，可列方程[7 9]：
(Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi’an 710024, China)
Abstract: Based on theoretical analysis of specific power of broken hard rock, a mode of specific power of broken hard rock has been established. Tools structural dimensions and rock mechanical performance and broken technique three types parameters, which are interrelated with specific power of broken rock, have been determined. Fuzzy logic method (FLM) has been introduced to predict the specific power of broken rock. Taking the above three types parameters for input variables of FLM and the specific power of broken rock for output variables of FLM, a fuzzy prediction model of the specific power of broken rock has been established. The model is applied to a project instance. The comparison of the project practice real value and the model value shows that the model values are close to the project practice real values. It is indicates that the model is reasonable and fuzzy if-then rules can express the experience of the project practice. Given input variables, the model can predict effectively specific power of broken rock. Key words: specific power of broken rock; mechanism theory of broken hard rock; fuzzy prediction model
收稿日期：2012-07-14 基金项目：国防专项科研项目资助（No. BL200901） 。 第一作者简介：曹钧，男，1969 年生，高级工程师，主要从事地下工程掘进及安全方面的研究。电 E-mail: caojunxjml@
146
岩
土
力
学
2012 年
岩石破碎比功值的新方法。
则式（1）可简化为
D 2 az v W 4
式中： 为泊松比；R、z、r 为圆柱坐标。 当轴向应力 z ＞ ucs ( ucs 为岩石抗压强度极 限）时，岩石即从整体上破碎下来。将 z = ucs 代 入式（4）中第三式，解出平行于边界岩石破碎半径 r为
2
（1）
式中： az 为岩石破碎比功(kW · h/m3)；D 为破岩断 面直径（m） ；v 为掘进速度（m/h） ；W 为破岩机具 所作的功（kW） 。 令
（西北核技术研究所，西安 710024）
欢
摘 要：从岩石破碎机制分析出发，通过建立岩石破碎比功模态，确定破岩机具结构尺寸、岩石力学特性和破岩工艺三类对 岩石破碎比功有影响的参数。引入模糊逻辑法，将上述参数作为模糊逻辑分析的输入变量，岩石破碎比功作为模糊逻辑分析 的输出变量，建立用于预测岩石破碎比功的预测模型。将该模糊预测模型应用于某工程实例，通过对比模型所得结果与工程 实践中的真实岩石破碎比功，该模型所得结果与工程实践中的真实值比较接近，预测模型设计合理，模糊推理规则能够表达 工程实践，在给定输入变量的情况下，该模型可有效预测岩石破碎比功这一重要特征参数。 关 键 词：岩石破碎比功；破碎机制；模糊预测模型 中图分类号：TU 452 文献标识码：A
147
由式（5） 、 （6）可得破碎岩石体积：
VS r d z
0 2 Z0 2 Z0 2 3Pz z3 5 2 z dz 2 ucs 3
锥形齿的锥角；G 为剪切模量；r、Z 为圆柱坐标。 根据研究者的意见，在其他条件相同时，抛物线形 比球形可承受较高的剪应力，更适合应用于坚硬的 （ 7） 岩石[5 10]。 通过上述对岩石破碎比功模态的分析可以看 出，岩石破碎比功主要与机具破岩工艺参数和几何 参数及岩石的力学参数有关。在分析岩石破碎比功 与上述参数之间的关系时，虽然作了简化和理想化 的假设， 但还是很难给出一个综合的表达式。 其实， 在岩石破碎比功模态中，存在大量非线性、不确定 的问题。而模糊数学的诞生，为解决上述问题开辟 了一条新的途径。
冲击力 Pz 引起的岩石诸应力分量为
Pz (1 2 ) R 3r 2 z 3 2R 2 R z R P (1 2 ) R z z 2R 2 R z R （ 4） 3Pz z 3 z 5 2R 3Pz rz 2 2 2 rz ; R r z 2R5
展，工程实践中要求通过评估破岩机具性能，实现 对工程工期和费用准确预估，而破岩机具性能评估 误差会导致工程延误，预算超支。破岩机具性能主 要评估手段主要是对其破岩能力、进尺速率以及设 备利用率等进行评估。有许多预测岩石破碎比功值 － 的模型，也有用线性试验装置直接测量的 [4 5]。本 文从岩石破碎机制分析出发，通过建立岩石破碎比 功模态，确定破岩机具结构尺寸、岩石力学特性和 破岩工艺三类对岩石破碎比功有影响的参数。引入 模糊逻辑法，将上述参数作为模糊逻辑分析的输入 变量，建立一种基于人工智能模糊逻辑模型来预测
3
岩石破碎比功模糊预测模型建立
根据上述对岩石破碎比功模态的分析，确定预
3.1 确定输入输出变量 测模型的输入变量有破岩机具所作的冲击功，主要 考虑冲击力、冲击速度、冲击力矩以及机具旋转速 度等冲击工艺参数，破岩机具结构参数主要考虑机 具齿的高度，接触岩石面积等效半径等；岩石力学 参数主要考虑岩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ单轴抗压强度、岩石剪切应力、 岩石可钻性等，输出变量为岩石破碎比功。图 3 为 利用 MATLAB 建立的输入输出变量模糊逻辑推理 模型[11]。
图 2 破岩机具作用下岩石单元体应力状态模型 Fig.2 Stress mode of the rock unit under acting forces of tools
比功 az 的关系，作以下假设： （1）岩石为一均质弹 性体； （2）将破岩机具与岩石面垂直接触简化为一 个集中力点； （3）将破岩机具作业面简化为半无限 体界面模型。 按弹性理论分析岩石的应力状态。破岩机具作 用于半无限体的应力状态模型如图 2 所示。
V D 2 v 4
3P z 3 5 r z z2 2 ucs
1
（ 5）
令 r = 0，代入式（5） ，得到破碎深度 z0 为
3Pz 2 z0 2 ucs
（ 2）
（6）
增刊 2
曹 钧等：冲击作用下岩石破碎比功理论分析及模糊预测模型
第 33 卷增刊 2 2012 年 11 月
文章编号：1000－7598 (2012) 增 2－0145－05
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.33 Supp.2 Nov. 2012
冲击作用下岩石破碎比功理论分析及模糊预测模型
曹 钧，沈志康，胡永乐，范成洲，王定贤，邓丽蓉，杨
Theoretic analysis of specific power of broken hard rock by impact action and its fuzzy prediction model
CAO Jun, SHEN Zhi-kang, HU Yong-le, FAN Cheng-zhou, WANG Ding-xian, DENG Li-rong, YANG Huan
－
0
Z0 3PZ 5 Z0 6 4 3PZ 2 2 5 0 z d z 0 z d z 33 2 ucs 2 ucs
大量研究资料表明，由于冲击破岩是既有冲击 压碎、又有剪切破碎作用的复合运动，这就给刀齿 侵入岩石参数的研究，造成极其复杂的困难局面。 研究岩石破碎的学者仅能对岩石破碎前的应力状态 有较明确的观点和论述，而对裂纹的发生、扩展、 汇交、破碎判据、漏斗形成等一系列问题仍处于实 － 验研究、现象积累和观点争鸣阶段[5 6]。前苏联斯 科琴斯基矿业研究院对于不同形状的破岩机具压入 岩石的应力状态和破碎岩石机制进行了研究。以布 希涅希克的理论为基础，假定破岩机具是绝对刚 体，接触表面没有摩擦，外载荷垂直于作用面。对 于圆柱体、球形、抛物线形和圆锥形的的破岩机具 进行了研究，结果见表 1。表中，P 为作用于机具 齿上的外载荷；P0 为接触面的平均压力；h 为机具 齿压入岩石的深度；Zk 为产生最大剪应力的深度， 即 max 时的临界深度； 为岩石的剪应力； 为 泊松比；m 1 / ；A 8 / k 3 ；k D / 3 H ； D = 2R； H 为机具齿高度；a 为接触面积等效半径； 为圆