岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 145-156.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1175

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

动态荷载下胶结充填体力学响应及能量 损伤演化过程研究

侯永强1, 2,尹升华1, 2,杨世兴1, 2,张敏哲1, 2,刘洪斌1, 2   

  1. 1. 北京科技大学 土木与资源工程学院,北京 100083;2. 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083
  • 收稿日期:2020-08-07 修回日期:2021-03-29 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-13
  • 作者简介:侯永强,男,1992年生,博士研究生,主要从事矿山岩石力学,充填材料及充填体力学方面的研究。
  • 基金资助:
    国家优秀青年科学基金项目(No.51722401);国家自然科学基金重点项目(No.51734001);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(No.FRT-TP-18-003C1)

Mechanical response and energy damage evolution process of cemented backfill under impact loading

HOU Yong-qiang1, 2, YIN Sheng-hua1, 2, YANG Shi-xing1, 2, ZHANG Min-zhe1, 2, LIU Hong-bin1, 2   

  1. 1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines, Ministry of Education in University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
  • Received:2020-08-07 Revised:2021-03-29 Online:2022-06-30 Published:2022-07-13
  • Supported by:
    This work was supported by National Science Foundation for Excellent Young Scholars of China(51722401), the Key Program of National Natural Science Foundation of China(51734001) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities) (FRF-TP-18-003C1).

摘要: 为研究尾砂胶结充填体的动态力学性能及能量损伤演化过程,采用分离式霍普金森杆对尾砂胶结充填体进行了不同应变率下的冲击加载试验。试验结果表明:充填体的动态抗压强度和动态抗压强度增强因子随应变率的增加呈指数函数递增规律,且水泥含量越低的充填体应变率效应更显著;充填体的峰前能耗量密度、峰后能耗量密度、单位体积应变能及总能耗量密度随应变率的增加均呈指数函数递增规律,且动态抗压强度与峰后耗散能密度具有明显的正相关关系;冲击载荷作用下,充填体变形破坏主要经历了线弹性变形、屈服破坏及峰后破裂这3个阶段;在充填体的线弹性变形及屈服破坏阶段,能量以弹性应变能的形式储存在试样内部,而在峰后破裂阶段,能量以耗散能释放为主;冲击加载下,充填体的受荷能量损伤演化过程划分为损伤稳定发展阶段、损伤加速阶段及损伤破坏阶段3个阶段。

关键词: 尾砂胶结充填体, 动载冲击, 能量耗散, 力学性能, 损伤演化

Abstract: To study the dynamic mechanical properties and damage evolution process of the cemented tailings backfill, a separate Hopkinson rod was used to perform impact loading tests on the cemented tailings backfill under different strain rates. The experiment results show that the dynamic compressive strength and the dynamic compressive strength enhancement factor of the backfill increases exponentially with the increase of the strain rate, and the strain rate effect of the backfill with a lower cement content is more significant. The pre-peak energy consumption density, post-peak energy consumption density, strain energy per unit volume, and total energy consumption density of the backfill all show an exponential function increasing law with the average strain rate increase, and the dynamic compressive strength has an obvious positive correlation with the post-peak dissipated energy density. Under the action of impact load, the deformation and failure of the backfill mainly experienced three stages: linear elastic deformation, yield failure and post-peak fracture. The energy is stored in the sample in the form of elastic strain energy in the linear elastic deformation and yield failure stage of the backfill, and the energy is mainly released by dissipated energy in the post-peak fracture stage. Under impact loading, the energy damage evolution process of the backfill is divided into three stages: the damage stable development stage, the damage acceleration stage and the damage destruction stage.

Key words: cemented tailings backfill, impact loading, energy dissipation, mechanical properties, damage evolution

中图分类号: 

  • TD853
[1] 蔡光华, 周伊帆, 潘智生, 李江山, . 生石灰激发GGBS固化高含水率香港海相 沉积物的物理力学性质研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 327-336.
[2] 李敏, 于禾苗, 杜红普, 曹保宇, 柴寿喜, . 冻融循环对二灰和改性聚乙烯醇 固化盐渍土力学性能的影响[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 489-498.
[3] 张超, 杨楚卿, 白允. 岩石类脆性材料损伤演化分析及其模型方法研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2344-2354.
[4] 李欣慰, 姚直书, 黄献文, 刘之喜, 赵翔, 穆克汉, . 循环加卸载下砂岩变形破坏特征与能量演化研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1693-1704.
[5] 马秋峰, 刘志河, 秦跃平, 田静, 王树立, . 基于能量耗散理论的岩石塑性-损伤本构模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1210-1220.
[6] 王爱文, 高乾书, 潘一山, . 煤层钻孔降倾-控变-耗能防冲机制试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1230-1244.
[7] 熊仲明, 吕世鸿, 李运良, 赵奇峰, 李进, 谭书舜, 张向荣, 朱玉荣, 姜磊, 杨琪凡, 张宁波, 张子栋. 被动围压下黄土动态力学性能与能量耗散研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 775-782.
[8] 邓华锋, 方景成, 李建林, 李冠野, 齐豫, 许晓亮. 水-岩和循环加卸载次序作用下 砂岩动力特性损伤演化规律[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 343-351.
[9] 李浩然, 王子恒, 孟世荣, 赵维刚, 陈锋, . 高温三轴应力下大理岩损伤演化与声发射 活动特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2672-2682.
[10] 张艳博, 吴文瑞, 姚旭龙, 梁鹏, 田宝柱, 黄艳利, 梁精龙, . 单轴压缩下花岗岩声发射、红外特征及 损伤演化试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 139-146.
[11] 田威, 王震, 张丽, 余宸, . 高温作用后3D打印岩体试样力学性能初探[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 961-969.
[12] 赵国彦, 李振阳, 吴浩, 王恩杰, 刘雷磊. 含非贯通裂隙砂岩的动力破坏特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 73-81.
[13] 宋勇军, 杨慧敏, 张磊涛, 任建喜. 冻结红砂岩单轴损伤破坏CT实时试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 152-160.
[14] 马德鹏, 周岩, 刘传孝, 商岩冬, . 不同卸围压速率下煤样卸荷破坏能量演化特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2645-2652.
[15] 赵振华, 张晓君, 李晓程, . 含卸压孔硬岩应力松弛特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2192-2199.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .