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黄金科学技术 ›› 2022, Vol. 30 ›› Issue (4): 540-549.doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2022.04.026

• 采选技术与矿山管理 • 上一篇    

单轴压缩下不同尺寸充填体能量损伤演化特征试验研究

赵奎1,2(),刘周超1,2,曾鹏1,2(),龚囱1,2   

  1. 1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州 341000
    2.江西理工大学江西省矿业工程重点实验室，江西 赣州 341000
  • 收稿日期:2022-02-16 修回日期:2022-04-13 出版日期:2022-08-31 发布日期:2022-10-31
  • 通讯作者: 曾鹏 E-mail:yglmf_zk@163.com;zengpeng23@126.com
  • 作者简介:赵奎（1969-），男，安徽六安人，教授，从事矿山岩石力学测试与工程研究工作。yglmf_zk@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目“硬脆性岩石特征应力损伤演化机制及其与Kaiser效应的关系研究”(52164004);“浸矿侵蚀下离子型稀土矿床基岩结构面剪切强度劣化时效特性及机理”(52104086);江西省重点研发计划重点项目“矿山地下开采灾害预警、应急救援关键技术与示范”(20212BBG71009);江西省博士后科研项目“赣南钨矿深部充填尾砂胶结充填体破坏的次声波预测方法及其机理探索性研究”(2020KY39)

Experimental Study on Energy Damage Evolution Characteristics of Filling Specimens with Different Sizes Under Uniaxial Compression

Kui ZHAO1,2(),Zhouchao LIU1,2,Peng ZENG1,2(),Cong GONG1,2   

  1. 1.School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi, China
    2.Key Laboratory of Mining Engineering of Jiangxi Province, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi, China
  • Received:2022-02-16 Revised:2022-04-13 Online:2022-08-31 Published:2022-10-31
  • Contact: Peng ZENG E-mail:yglmf_zk@163.com;zengpeng23@126.com

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141

摘要：

对4种不同尺寸（40，70.7，100，150 mm）的充填体试件进行了室内单轴压缩试验，研究了尺寸变化对充填体能量演化规律和损伤破坏机制的影响，并得到了基于弹性能耗比的充填体破坏前兆判据。研究结果表明：单轴压缩下不同尺寸充填体的能量演化规律相似，体现为峰前以弹性应变能积蓄为主，峰后耗散能占比不断上升并迅速超越弹性应变能；随着试件尺寸的增加，充填体在峰值应力处总输入应变能、弹性应变能和耗散能均呈非线性下降趋势；根据耗散能曲线，可将充填体能量损伤演化过程划分为初始损伤、损伤加速、损伤稳定发展和损伤破坏4个阶段；试件尺寸越大，弹性能耗比K值变化幅度越大；弹性能耗比K值曲线整体先上升后下降，持续到一个较低值，在临近峰值应力处再转为上升。弹性能耗比K值曲线的这一变化规律可作为充填体临界破坏前兆特征。

关键词: 尺寸效应, 充填体, 能量损伤, 弹性能耗比, 破坏前兆

Abstract:

The indoor uniaxial compression tests were carried out on four filling specimens with different sizes of 40 mm，70.7 mm，100 mm and 150 mm.The effects of size changes on the energy evolution law and damage mechanism of filling were studied，and the precursory criterion of filling body failure based on elastic energy consumption ratio was obtained.The results show that the energy evolution laws of different sizes of fillings under uniaxial compression are similar，which are reflected in that the elastic strain energy is mainly accumulated before the peak stress，the energy is released and dissipated during the failure process of the specimen，the curve of dissipated energy and elastic energy shows an alternating growth trend，and the proportion of dissipated energy increases continuously and exceeds the elastic strain energy rapidly after the peak stress.With the increase of specimen size，the total input strain energy，elastic strain energy and dissipation energy of the filling body at the peak stress show a nonlinear downward trend，indicating that the energy storage limit and bearing capacity of the filling body are decreasing with the increase of specimen size.The dissipative energy characteristics of the filling body can better reflect the four stages of damage evolution in the filling body.In the initial damage stage and the stable development stage of damage，the variation range of the dissipation energy curves of the sample with the size of 40 mm is slightly larger than that of the sample with other sizes.In the stage of damage acceleration and damage failure，the corresponding curves of 40 mm and 70.7 mm samples and 100 mm and 150 mm samples show two different growth trends.The smaller the size is，the more severe the damage is.The larger the size of the filling specimen is，the greater the change range of the elastic energy consumption ratio K value of the specimen is.The elastic energy consumption ratio K value curve increases first and then decreases，continues to a low value，and then increases near the peak stress.This variation law of K value curve of elastic energy consumption ratio can be used as the precursory characteristic of critical failure of filling body.

Key words: size effect, filling body, energy damage, elastic energy consumption ratio, failure precursor

中图分类号: 

  • TD853

图1

单位体积中弹性应变能与耗散能关系"

图2

不同尺寸充填体试样"

图3

RMT-150C岩石力学试验系统"

图4

不同尺寸充填体应力—应变曲线"

图5

不同尺寸充填体破坏形态（a）尺寸为40 mm；（b）尺寸为70.7 mm；（c）尺寸为100 mm；（d）尺寸为150 mm"

图6

不同尺寸充填体能量与应力—应变关系曲线"

表1

不同尺寸充填体峰值应力对应的应变能"

试样尺寸

/mm

峰值点总能量

/（kJ·m-3）

峰值点弹性能

/（kJ·m-3）

峰值点耗散能

/（kJ·m-3）

40A11046048
A21106541
A31016146
平均值1056245
70.7B1753736
B2744237
B3794432
平均值764135
100C1373711
C2452413
C341299
平均值413011
150D1422510
D2372712
D3352614
平均值382612

图7

峰值点能量指标随尺寸变化曲线"

图8

不同尺寸充填体耗散能与应变关系曲线"

图9

弹性能耗比随应变的变化曲线"

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