【摘 要】
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矿岩开采后以颗粒的形式存在。矿岩颗粒破碎条件复杂,分析时考虑因素众多。为探究矿岩不规则性对其破裂力学响应特征和破裂特征的影响,本文依托国家自然科学基金（51774101）,在现有研究基础上,采用室内试验,数值模拟和理论分析方法,探究不同加载速率下不同形状砂岩的力学响应特征,破裂模式;建立基于数字图像处理的轴向系数,整体轮廓系数变化的三维不规则砂岩颗粒模型,分析其力学响应特征、破裂模式和声发射特征;
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51774101）“三维矿岩颗粒破裂宏细观力学行为结构效应研究”；
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矿岩开采后以颗粒的形式存在。矿岩颗粒破碎条件复杂,分析时考虑因素众多。为探究矿岩不规则性对其破裂力学响应特征和破裂特征的影响,本文依托国家自然科学基金（51774101）,在现有研究基础上,采用室内试验,数值模拟和理论分析方法,探究不同加载速率下不同形状砂岩的力学响应特征,破裂模式;建立基于数字图像处理的轴向系数,整体轮廓系数变化的三维不规则砂岩颗粒模型,分析其力学响应特征、破裂模式和声发射特征;修正矿岩颗粒强度计算公式中的尺寸效应与形状效应。主要研究结论如下:（1）针对不同加载速率下形状对矿岩力学特性、破裂特征进行物理试验研究。加载速率效应在规则和不规则岩石试件均有体现。标准岩石试件处于较低加载速率下出现应力跌落现象,峰值强度、残余强度,弹性模量均与加载速率有良好拟合关系,均呈正相关关系。当试件处于低加载速率下（0.0005mm/s）下,试件破裂形态为压缩带与高剪切混合的复杂破裂模式,加载速率大于此速率时试样为高度剪切破坏或纵向劈裂破坏模式,破裂形态较前者简单,此特点在不规则试件的上也有一定体现。（2）针对轴向系数,整体轮廓系数变化对砂岩力学特性、破裂特征和声发射特征影响进行数值试验研究:试件轴向系数增大,破坏载荷,残余载荷下降,当轴向系数L=3时,两者出现最低值;相对规则,圆滑的试件破坏模式为拉剪混合破坏模式,产生更多的拉伸破坏单元。破坏载荷与整体轮廓系数呈正相关,线性相关性强;整体轮廓系数增大时节理处的应力集中现象更为明显,破坏模式由拉剪混合破坏模式转向,拉、剪,纵向劈裂等多种混合破坏模式;整体轮廓系数的减小使得试件内部损伤单元数量增加,损伤单元刚度退化,产生大量的拉伸破坏单元。（3）针对强度计算公式中的尺寸效应参数进行筛选,修正,获得了不依赖试件体积的平板压缩强度计算公式。分析不同形状参数对颗粒强度的影响,得到基于平板压缩试验的整体轮廓系数-平板压缩强度计算经验公式qua=167.5728-55.7460。
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