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矿柱岩爆模型试验中能量释放研究

王之东  黎立云  陈滔  刘兵权  
【摘要】:为研究岩体工程中矿柱型岩爆的能量释放和碎块抛射速度,制成3种岩石材料的矿柱试验模型,对其进行单轴压缩试验并用高速摄像机拍摄碎块的抛射过程,实测了碎块的抛射速度。根据Griffith能量释放理论,运用有限元软件在平面应力和平面应变条件下计算试验模型破坏前后瞬时应变能的改变量(释放量),考虑部分能量耗散后运用能量守恒原理计算碎块的理论抛射速度。研究结果表明,在单轴压缩试验中红砂岩、石岛红花岗岩和白麻花岗岩的抗压强度、弹性模量依次增大,岩爆倾向性增强,其在矿柱模型破坏中3种材料的能量释放量和碎块抛射速度也依次增大;宽柱模型破坏程度比窄柱模型剧烈;平面应变模型(现场)比平面应力模型(试验)破坏时释放更多能量,即岩石的强度、弹性模量和尺寸型式决定岩爆破坏剧烈程度;矿柱岩爆模型试验中碎块的理论抛射速度与实测速度值基本接近。在不考虑尺寸效应的情况下证明了在相同应力下具有比例尺寸关系的工程体与模型发生破坏时的抛射速度基本相同。

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