岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (4): 1211-1218.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0695

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

大比尺切削模型试验条件下砂岩破坏特征研究

刘功勋1，李威2，洪国军1，张坤勇3，CHEN Xiu-han4， 施绍刚1，RUTTEN Tom4   

  1. 1. 中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，上海 201208；2. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024； 3. 河海大学 岩土工程科学研究所，江苏 南京 210098；4. 代尔夫特理工大学 海洋及疏浚工程系，荷兰 代尔夫特
  • 收稿日期:2019-04-16 修回日期:2019-07-11 出版日期:2020-04-11 发布日期:2020-07-01
  • 作者简介:刘功勋，男，1978年生，博士，高级工程师，主要从事岩土体切削以及软基处理方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51578214，No. 41530637）；荷兰国家自然科学基金项目（H-Haptics）。

Sandstone failure characteristics in large-scale cutting model tests

LIU Gong-xun1, LI Wei2, HONG Guo-jun1, ZHANG Kun-yong3, CHEN Xiu-han4, SHI Shao-gang1, RUTTEN Tom4   

  1. 1. CCCC National Engineering Research Center of Dredging Technology and Equipment Co., Ltd., Shanghai 201208, China; 2. Geotechnical Engineering Department, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing, Jiangsu 210024, China; 3. Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 4. Offshore and Dredging Engineering, Delft University of Technology, Delft, Netherlands
  • Received:2019-04-16 Revised:2019-07-11 Online:2020-04-11 Published:2020-07-01
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51578214, 41530637) and the National Natural Science Foundation of the Netherlands (H-Haptics).

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摘要： 为探究单刀齿线性切削作用下岩石的破坏规律，利用大比尺模型试验平台对砂岩开展了线性切削试验，结合分形几何学方法，对砂岩在不同切削角度及不同切削深度下的切削产物，包括切削沟槽的尺寸及切削碎块的几何特征进行了分析。试验结果表明，切削影响宽度与切削深度呈良好的线性关系，且随切削深度的增加而增加，切削角度为45°时相同切削深度对应的切削影响宽度最小。砂岩的切削碎块块度分布具有分形特征，分形维数集中在1.88～2.66。分形维数与切削深度呈良好的线性关系，随切削深度的增加而减小。分形维数与切削角度间的关系可统一用二次函数进行拟合，但随着切削深度的增加，函数二次项系数由正值变为负值。

关键词: 大比尺模型试验, 线性切削, 砂岩, 分形维数, 切削参数, 切削沟槽

Abstract: In order to explore the failure mechanism of rocks under linear cutting with single cutter, a large-scale model test platform was used to carry out linear cutting tests on sandstone. This study employed the fractal geometry method to analyze the geometric characteristics of cutting products, including cutting grooves and cutting fragments, at different cutting angles and different cutting depths. The experimental results show that the cutting width has a good linear relationship with the cutting depth, and increases with the increase of the cutting depth. The cutting width corresponding to the same cutting depth is the smallest when the cutting angle is 45 degrees. The fragment-size distribution of sandstone has fractal characteristics and the fractal dimension is concentrated in the range of 1.88?2.66. The fractal dimension has a good linear relationship with cutting depth and decreases with the increase of cutting depth. The relationship between fractal dimension and cutting angle can be fitted by quadratic function, but the coefficient of quadratic term of the fitted function changes from positive value to negative value with the increase of cutting depth.

Key words: large-scale model test, linear cutting, sandstone, fractal dimension, cutting parameters, cutting groove

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