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动静组合加载下岩石动力学特性研究现状及岩爆机理分析

更新时间:2009-03-28

随着社会发展对能源需求的增加,国内外越来越多的矿山已进入深部开采。如安徽冬瓜山铜矿采深达1 000~1 100 m〔1〕,河南灵宝金矿达1 500 m〔2-3〕。加拿大Agnico-Eagle's LaRonde矿山达到3 000 m以下〔4〕,南非TauTona 金矿在2009年已达3 910 m〔4〕

众所周知,深部岩石处于“三高一扰动”的复杂环境中〔5〕,所表现出来的各种现象是在高地应力和动力扰动的耦合作用下形成的。在工程实际中,有很多岩石受动静组合加载的实例。以深部采矿工程为例,图1〔6〕为深部岩体所处的应力状态,受到高静应力和动载荷作用。图1中AB两点分别处于一维和三维受力状态,相当于矿柱和深部岩体受到静应力及动载荷共同作用。AB两点的受力可简化为图2。因此,本文在已有研究成果的基础上,对深部岩石动静组合加载问题进行论述。

  

图1 深部开采示意图Fig.1 Diagram of deep mining

  

图2 深部岩石受力模式示意图Fig.2 Diagram of rock stress models at deep levelPs—静荷载;Pd—动荷载

1 SHPB试验装置

试验采用改进的岩石动静组合加载系统,该系统能进行轴向静压0~200 MPa、围压0~200 MPa、冲击动载0~500 MPa的组合加载,发射腔内放置纺锤形冲头,利用产生的半正弦应力波实现恒应变率加载,数据采集系统跟一般SHPB装置类似。在入射杆和透射杆端部安设轴向静压加载装置,可以施加与冲击方向一致的静载荷,如图3所示〔7〕。在试件安装处设有围压加载装置,可以施加垂直于冲击方向的围压,同时加载轴压和围压,即可进行三轴预应力下的冲击试验,如图4所示〔8〕

2 动静组合加载试验研究现状

2.1 一维动静组合加载试验研究现状

岩石动静组合加载问题自香山会议上提出以来〔9〕,国内外学者从岩石的变形特性、强度特性、能量耗散规律及破坏模式开展了一系列研究。

2.1.1 变形特性

李夕兵等〔7,10〕对岩石进行动静组合加载试验,发现随着轴向静压的增大,岩石的变形模量和弹性模量都表现出先增大后减小的趋势;在无轴压及相同的轴压下,岩石的应力-应变曲线基本一致。金解放等〔11-12〕对岩石进行静载荷和循环冲击组合试验,得到的应力-应变曲线可以分为:压密阶段、极短的弹性阶段、裂纹扩展的加载阶段、第1 卸载阶段和第2卸载阶段;当入射能大小相同时,随冲击次数的增加,峰值应力和后三个阶段的变形模量逐渐减小。

  

图3 一维动静组合加载试验装置示意图Fig.3 Experimental device diagram of one-dimensional coupled static and dynamic loads

  

图4 三维动静组合加载试验装置示意图Fig.4 Experimental device diagram of three-dimensional coupled static and dynamic loads

2.1.3 能量耗散规律

财务风险的产生主要是由财务人员在对企业资产核算时没有依法依规进行引起的。鉴于此,企业在清楚营改增给自身发展带来利好的同时,也要注意防控其给财务管理方面造成的潜在风险。有效防控财务风险必须建立在完善的企业财务管理制度上,只有通过制度的约束才能使企业财务管理进一步规范化。财务人员对企业的所有账目核算都必须亲力亲为,避免由他人代为核算带来的账目偏差。平日的财务管理过程中,财务人员要严格按照政策法规的要求来开展工作,熟悉所有业务流程,杜绝违法违规情况的出现。

2.2.6 经预处理的空白脂质体+米索硝唑溶液 精密量取“2.1”项下空白脂质体+米索硝唑100 μL,加入800 μL甲醇破乳,涡旋5 min混匀,加入50 mg/mL ZnCl2甲醇溶液100 μL,涡旋5 min混匀,室温静置15 min,12 000 r/min离心5 min,取上清液,即得。

2.1.2 强度特性

李夕兵等〔7,10〕通过试验发现随轴压的增大,岩石抗冲击强度先增大后减小,大约在静载强度的60%时,抗冲击强度达到最大;当轴压不变,随冲击载荷的增大,岩石组合加载强度增大;在相同应变率下,随轴压比增加,冲击强度先增加后减小,轴压比为0.6~0.7时达到最大。许金条等〔13-14〕发现试样的动态抗压强度与应变率呈线性关系。

殷志强等〔15〕对岩石进行不同冲击能量下的组合加载试验,结果表明,在较高的轴向静压下,随冲击能量的增大,试样由释放能量转变为吸收能量。左宇军〔16-18〕等得出静载荷能够提高扰动能量利用率,有利于岩石的破碎,使深部岩体更易发生岩爆。牛勇等〔14〕发现在相同轴压下,岩样的单位体积吸收能随应变率的增大而增大;相同应变率下,随着轴压的增大,岩样单位体积吸收能先增大后减小。

(d)The house in which I used to live has been knocked down.

2.1.4 破坏模式

作业成本法的采用过程中关键部门在于财务人员,为了更加有效和科学的实施作业成本法,必须加强财务人员的培养和继续教育。应该对这一成本法有充分的了解和认识,有足够的能力来解决需要面对的问题。在物流企业中,高水平的财务人员缺乏,加大了作业成本法实施的难度。所以更应该有计划的定期对财务人员进行培训。当然物流企业中,配送人员也很重要,定期对配送人员培训,为其规划科学完整的学习计划也尤为重要。

金解放等〔11-12〕通过研究发现,在循环冲击下,受轴向静压作用的岩石在破坏过程中有明显的端部效应。吕晓聪等〔13〕得出在较低和较高应变率下,岩石分别为轴向劈裂和压碎破坏。牛勇等〔14〕对红砂岩进行一维动静组合加载试验,结果表明,无轴压时,岩样为劈裂破坏,如图5所示,存在轴压时,岩样为压剪破坏,如图6所示。工程实际中,矿柱最常见的破坏模式也属于压剪破坏〔7〕

  

图5 劈裂破坏示意图Fig.5 Diagram of split failure

  

图6 压剪破坏示意图Fig.6 Diagram of compression-shear failure

2.2 三维动静组合加载试验研究现状

基于研究纯冲击和一维动静组合加载下岩石力学特性的基础上,国内外学者对三维动静组合加载下的岩石力学特性进行了深入的研究。

2.2.1 变形特性

宫凤强等〔19-21〕通过试验发现,应变率相同时,随围压的增大,岩石的弹性模量增大;加载阶段的变形模量和弹性应变随冲击次数的增大逐渐减小,动态峰值应变和残余应变逐渐增大。叶洲元等〔22-24〕发现围压不变时,随轴压增大,岩石弹性模量先增大后减小;轴压不变时,增大围压,弹性模量升高。

吴三大原名吴培基。1933年生,西安市人,少承家学,稍长则师从王正基、苗子健研习书画,又与国画艺术大师赵望云、石鲁交往甚密。在陕西吴三大的书法颇具名气,与石宪章先生并称“长安二杰”。生前任中国书法家协会理事、陕西省书协副主席、陕西省书画艺术研究院名誉院长、陕西省文史馆馆员。

2.2.2 强度特性

宫凤强等〔19-20〕发现当围压一定,随应变率的增大,岩石的动态压缩强度增大;应变率不变时,岩石的动态压缩强度随围压的增大而增大。叶洲元等〔22-24〕进行的试验表明,围压不变时,随轴压增大,岩石动静组合强度先增大后减小;轴压不变时,增大围压,动静组合强度升高。牛勇等〔25-26〕发现红砂岩抗压强度增长因子与平均应变率1 /3 次幂呈线性递增关系。

参考文献

殷志强等〔27-28〕发现岩石破坏过程能量由吸收扰动能量逐渐转变为释放弹性储能。牛勇等〔25-26〕试验结果表明岩石入射能及单位体积吸收能与平均应变率呈线性递增关系,递增程度随轴压的增大先增大后减小,随围压的增大而增大。

2.2.4 破坏模式

宫凤强等〔19-20〕试验结果表明,当应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体(如图7)。殷志强等〔27-28〕通过高速摄像仪记录了岩石的破坏形态,表现为在较低和较高能量下岩石分别以张剪与膨胀共同作用和膨胀作用破坏。

  

图7 破坏模式示意图Fig.7 Diagram of failure mode

3 岩爆机理初探

岩石在预加载轴向静压后,会在内部形成较小的压剪破裂面,当受到外力的扰动时,如果强度大于此时岩石所能承受的最低扰动强度,岩样就会发生破坏,外侧的岩石开始剥落并向外弹射,这就是室内“岩爆”现象,如图8〔10〕。因此,岩爆发生不仅需要岩石内部储存大量的应变能,还需要外界的扰动才能导致岩爆的发生〔29-31〕。所以研究动静组合加载下岩石的动力学特性对岩爆发生的研究有一定的指导意义。

  

图8 室内“岩爆”现象Fig.8 Indoor "rock burst" phenomenon

4 结论

通过对深部岩石动静组合加载问题进行分析,得出以下结论:

1)在一维动静组合加载下,岩石的应力-应变曲线划分为:弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段;轴压一定时,随应变率的增大,岩石的动态抗压强度增大;应变率相同时,随轴压的增大岩石的动态抗压强度和单位体积吸收能先增大后减小;随轴压的增大,岩石的破坏程度逐渐增大。

〔4〕 李夕兵, 姚金蕊, 宫凤强. 硬岩金属矿山深部开采中的动力学问题[J]. 中国有色金属学报, 2011, 21(10):2551-2563.

3)动力扰动使储存在岩石内部的弹性能突然释放从而导致岩爆的发生。

4)根据以上分析,为今后更好的研究动静组合加载下岩石动力学特性,可以从以下要点出发:深部岩石处于“三高一扰动”的复杂环境中,在今后的研究中,可以对不同温度、不同水压下的岩石进行动静组合加载试验,这样更贴合工程实际;现有岩爆的岩石静力学和动力学机理并不能解释所有的岩爆现象,因此,在今后的研究中应继续深入,使其更加完善。

由于椎管内麻醉是目前临床上剖宫产手术中最为常用的麻醉方式,椎管内使用阿片类药物镇痛成为剖宫产术后最佳镇痛方式之一,可以有效抑制切口痛和宫缩痛。

2.2.3 能量耗散规律

〔1〕 孟稳权. 冬瓜山铜矿阶段空场嗣后充填采矿法的底部结构选择及优化[J]. 矿冶, 2004, 13(4):4-7.

总之,新生入园是幼儿园每年一度的重点工作,作为幼教工作者,我们要用我们的爱心和耐心,让新生入园软着陆。

〔2〕 王军强. 崟鑫金矿岩爆与发生机理初探[J]. 采矿与安全工程学报, 2005, 22(4):121-122.

〔3〕 王军强. 金矿岩爆危险程度评估与防治措施—以崟鑫、枪马、鸿鑫金矿为例[J]. 黄金, 2007, 28(6):24-28.

2)在三维动静组合加载下,岩石的应力-应变曲线划分为:弹性阶段、破坏发展阶段、破坏后阶段;入射能、单位体积吸收能与平均应变率呈线性增长关系;围压一定时,岩石的破坏程度随轴压的增大而增大,轴压一定时,岩石的破坏程度随围压的增大而降低,围压可以增强岩石的强度。

〔5〕 何满潮, 谢和平, 彭苏萍,等. 深部开采岩体力学研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(16):2803-2813.

改革开放初期,囿于历史和现实的局限,宪法学专业基础相对薄弱,学术研究基本上停留在以解读宪法文本为主的“注释宪法学”阶段,学理论证能力和思想供给能力不足,系统独立、逻辑自洽的理论体系尚未建立。自上世纪90年代末开始,一种以宪法文本为基础,注重以宪法的法律性来规范现实政治运行、保障公民基本权利的规范宪法学逐渐兴起,学科意义上的宪法学知识体系开始了初步构建。

〔14〕 牛勇, 李克钢, 刘德克,等. 一维应力预加载下红砂岩冲击力学特性试验研究[J]. 实验力学, 2016, 31(3):409-416.

建立信息发布平台,采用大数据、互联网等技术,将近3-5年内可转移转化的科研成果、专利等信息经过整合后汇集至信息平台。将信息平台推广至企业,企业可以查看最新的科研成果,也可发布近期需求。利用大数据等技术将双方信息进行匹配,匹配度高的需要重点关注、重点规划,进行转化。定期开展调研交流、成果展示活动,或聘请一些企业家顾问,打破壁垒,充分了解市场的需求,使高校和企业的信息充分交流互通。

〔7〕 李夕兵, 宫凤强, 高科,等. 一维动静组合加载下岩石冲击破坏试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(2):251-260.

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“我还能再撑一会儿。如果可以的话,想办法帮我们恢复能量。”镜心羽衣耳边回荡着壶天晓最后的叮嘱,她看了一眼被重重摔在石头上的壶天晓,眼中噙满泪水,迅速奔向丁达。

〔11〕 金解放. 静载荷与循环冲击组合作用下岩石动态力学特性研究[D]. 长沙:中南大学, 2012.

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工作人员的素质是限制农民专业合作社发展和进步的主要因素,所以可以定期的句型培训,让自身的员工可以获得提升,不管是专业知识还是专业素质等得到全面的培养,这样工作人员在工作中才能更加的得心应手。同时也要及时的从外部引进人才,招聘一些高层次人才,从而促进合作社的业务拓展和人员扩充。

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推力气缸提供的驱动力施加在滚轮轴承上的力矩M’=F·r,其中 F=2100N,滚轮半径 r=40mm,M’=F·r=84 N.m。

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潘震,李克钢,牛勇
《矿冶》 2018年第02期
《矿冶》2018年第02期文献

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