数据 4和 5失败显示宏观冲击矿压现象已引起的均匀加载试验和梯度加载试验,分别。根据不同的加载路径,现象的特点,如压力负荷阈值、冲击矿压形式,爆破的声音,和碎片抛射冲击矿压的测试期间,进行了分析。

分析结果的细节是如下。 (1)

测试压力的加载条件下,在统一的过程中加载测试,冲击矿压发生在顶部负荷增加到5.5 MPa,上层部分的标本被毁,如图 4(一)。梯度加载过程中测试,冲击矿压发生在上部和中部的标本时,顶部加载梯度1增加到5.0 MPa,详细如图 5(一个)。它可以看到标本均匀加载条件下的应力大于那些梯度加载条件下。

从上述结果可以看出,在均匀载荷试验,冲击矿压发生长时间较低的声音。此外,冲击矿压部分持平;裂缝是典型的分裂裂缝;和矿震强度弱。然而,在梯度加载测试,冲击矿压的持续时间短;冲击矿压坑楔形;裂缝是典型的剪切裂缝;冲击矿压的强度是强。因此,本研究结果表明,冲击矿压特征产生的均匀加载试验和梯度加载试验显然是不同的。

在当前的研究中,为了进一步检查生成的故障特征不同的加载方法,两组测试碎片分类根据粒子大小和类型。换句话说,每组测试残骸分成10组根据大小如下:< 3毫米;3 - 6毫米;6 - 10毫米;10 - 20毫米;20到25毫米;25至40毫米;40到70毫米;70 - 100毫米;100 - 160毫米; and >160 mm. Each group was divided into two subgroups according to block and sheet. The debris with the length to thickness ratio less than 3 were block, while those with the length to thickness ratio more than 3 were sheet [ 17, 22),如图 6。

从图可以看出 6,更多的碎片已经形成均匀加载期间,虽然少碎片在梯度加载了。因此,为了确定不同类型和大小的百分比总碎石,碎石的碎屑和添加他们的质量分类后,碎石冲击矿压的质量的百分比在不同应力加载条件下详细表 2。

详细表 2均匀加载条件下,质量表碎片的百分比分别为47.42%,11.65%,12.89%,2.51%,2.32%,和1.98%,分别为78.77%,这远远高于块碎片的质量百分比。然而,在梯度加载条件下,观察到,与均匀加载结果相反,块碎片的质量已经占总质量的70%以上。因此,它是确定产生的冲击矿压均匀加载了主要表碎片,和产生的冲击矿压梯度加载导致主要块碎片。

在最近的研究中,通过比较样本的特征的碎片和受影响的部分测试后,经查实,在均匀载荷试验条件下,冲击矿压的产生更少的声音;冲击矿压坑持平;碎片的比例最高的是盘子和表的形式;部分是粗糙;沿着加载方向和裂缝扩展。然而,冲击矿压标本梯度荷载作用下产生的声音响亮;冲击矿压坑楔形;碎片主要是巨大的;裂缝主要是剪切线裂缝;和满是岩石的部分粉和划痕。 Therefore, from a macroscopic point of view, the uniform loading test could be concluded to have mainly resulted in split failures, while the gradient loading test had mainly resulted in shear failures of the rock similar material specimens.

为了观察到的故障特征在不同压力梯度加载条件下岩石相似材料从介观的角度来看,样本分为两组。第一组是统一分裂失败部分加载测试,如图 7(一)。第二组是剪切破坏部分梯度加载测试,详细如图 7 (b)。为每个测试组(三个样品 24]。

然后,为了会议的要求扫描电镜设备样本大小,首次对冲击矿压进行近似矩形切割碎屑部分( 25]。样本地区大约10毫米×10毫米,厚度介于3和5毫米,和区域穿持平。减少测试样本数据所示 7(一)和 7 (b)。图像用1号,2号,3号表明分裂失败的样品表面(图 7(一))均匀加载条件下;和4号、5号和6号图像显示样品的剪切破坏面(图 7 (b)在梯度加载条件下)。

样本先后用导电胶固定在一个示例表。然后,为了增加样品的导电率,增强信号的发射率,真空镀金技术电影应用( 26]。镀金后,样本观察到日本地产- 5510 lv扫描电子显微镜以50 - 2000倍的放大。

扫描电镜图像的典型碎屑部分在上述两组样本选择。数据 8(一个)和 8 (b)显示的扫描电镜图像分割失败碎屑在均匀载荷试验中选择部分,和数字 9(一个)和 9 (b)显示扫描电镜图像的剪切破坏碎屑部分梯度加载测试。

虽然SEM图像是一个二维照片,它包含了大量的三维信息。例如,图像可以清晰显示大小,石膏晶体的三维形态和分布和差距。中构造信息反映灰度值。每个像素对应于一个灰度值从0到255 255黑色和白色(0)。不同的灰色值可以被理解为不同的晶体表面之间的距离和成像表面。灰度值越大,越接近晶体表面的成像表面。根据这一原则,两组实验扫描电镜图片可以选择和MATLAB编程将二维扫描电镜图像转化为三维的灰度图像,如图 8 (c)和 9 (c)。

观察结果如下。 (1)

均匀载荷试验后,表面的冲击矿压碎屑部分通常被观察到的是宽松的,坑和孔隙分布,如图 8(一个)。局部放大300倍后,发现大多数的晶体在外表,纤细和长和完整的晶体形状都可以看得一清二楚。毛孔也更明显,毛孔周围的水晶被发现重叠不规则,可以看到在图 8 (b)。

通过观察碎屑的石膏晶体结构的部分,这是不难看出的石膏均匀加载测试一直受到拉应力的影响,以及晶体已成为彼此分离。长柱状晶体被发现,宽松,和无序,明显的气孔分布在表面(图 10 ()),显示明显的分裂失败。影响下的石膏上的压应力梯度加载测试,水晶被发现是互相交错,和晶体排列在同一方向短棒状的形状(图 10 (b))。表面上有明显的划痕,这表明剪切产生的冲击矿压有失败。因此,宏观上讲,它可以反映分裂失败发生在均匀载荷试验,和梯度加载测试期间发生剪切破坏。

在这项研究中发现碎屑部分的介观形貌准确反映了宏观冲击矿压的失败,这也表明,应力加载模式的失效模式影响了标本在某种程度上。因此,碎屑部分的介观形貌特征的宏观失败冲击矿压,也反映出在一定程度上冲击矿压的孵化过程。

SEM图像能够反映的介观形貌和结构特征在压力条件下石膏晶体。在这项研究中使用的图像处理软件中提取水晶轮廓,和分形维数计算结合分形理论。岩体破坏特征两个梯度应力加载条件下可以定量分析。

500年在当前的研究中,扫描电镜图像,使用SEM方法放大了1500倍。然后,为了更清楚地观察和计算晶体分布特征,图像与典型故障特征被选为每个编号的样本在不同的放大。最初的SEM图像编辑使用MATLAB软件来提取晶体边缘轮廓。然后,图像中无关的信息被获得晶体为目的的轮廓图像。最后,图像二值化是为了便于计算。所选择的特定操作的本地部分梯度加载测试样品4号(放大1500)作为一个例子。原始图像的灰度图像。然而,提取边界轮廓后,去噪、二值化,得到了以下图片(图 11)。

剩下的两组测试的图像在不同放大处理按照相同的方法来计算分形维数。

用于分形维数的计算方法包括计盒方法,沙箱方法,areal-radius方法和相关函数的方法。在本实验研究中,最常用的计盒方法应用,如图 12。假设图包含多个晶体,和大小的方格网 ε覆盖在图像轮廓曲线,与网格相交的数量统计网格等值线是吗 NgydF4y2Ba( ε)。

然后,通过减少尺寸 ε和计算网格的数量再次相交轮廓,发现 ε接近0,分形维数可以获得如下: (1) D = lim ε ⟶ 0 日志 NgydF4y2Ba ε − 日志 ε 。

它可以在( 1晶体分布的密度),更多的单位面积内的水晶轮廓线;此外,更多的盒子会覆盖, D价值会更大。然而,在实践中,只有可以采取有效的边长,具体步骤如下。使用的边长512,256,128,…,2、1平方框轮廓曲线的图像,不同大小的盒子的大小,对应的箱子的数量 NgydF4y2Ba。因此,下列方程应该根据最小二乘法拟合: (2) lg NgydF4y2Ba ε = D × lg 1 ε + C , 在哪里 C=固定系数。

斜率 D线( 2)是图像的分形维数的值。然后,根据上述原则,相应的盒子维分形程序可以用MATLAB编写的,和lg的关系图 NgydF4y2Ba和lg ( ε)可以在对数坐标系统。图 13显示了梯度测试样本图像的分形维数图4。图中的拟合曲线的斜率是1.7555。因此,分形维数是1.7555。

水晶轮廓的分形维度两个压力加载路径和放大计算按照相同的方法的图像处理,详细表 3。

在当前的研究中,均匀加载测试图像样本用A1, A2, A3, A1, A2, A3,和梯度加载测试图像样本用B1, B2, B3, B1、B2和B3。为了消除多种因素的干扰和提高结果的准确性,选择三种不同的测量分从每个样本计算平均值作为最终计算结果。

我们可以看到在桌子上 3,石膏晶体的轮廓明显的分形特征,分形维度和从1到2不等。观察,分形维数越大,越晶体聚集在一定的范围内。这些结果表明,分形维的水晶晶体分布轮廓曲线是敏感。因此,得到的分形维数不同的加载方法和取样位置不同。

图 14线图显示样本的均值得到的分形维度表 3根据不同的放大倍数。可以看出,当放大1500倍,平均水晶轮廓分形维数得到均匀加载测试介于1.58和1.64之间。与此同时,平均获得的水晶轮廓的分形维数梯度加载测试介于1.74和1.80之间。当放大500倍,平均获得的水晶轮廓的分形维数均匀加载测试介于1.79和1.84之间,和平均获得的水晶轮廓的分形维数梯度加载测试已经在1.86和1.96之间。因此,不难得出结论,在同一放大,梯度加载测试样本的分形维数大于均匀加载的测试样品。也就是说,水晶轮廓的分形维度的剪切失效碎屑部分大于分裂失败的碎屑部分。

在目前的实验研究,从冲击矿压的故障特征的角度来看,这是确定分裂失败主要发生在均匀载荷试验。这是观察到,在拉伸应力的行动下,晶体标本被拉开。因此,水晶棱角变得明显,大多数晶体被发现是完好无损。在梯度加载测试,确定剪切破坏是主要的失效模式。它可以看到测试结果,由于相对剪切滑移,碎屑部分沿运动方向产生了划痕,和晶体的方向也发生了变化。时发现有一个夹角水晶飞机和剪切平面,晶体被挤压,剪除。因此,棱角被地面下降,导致粉末覆盖在表面,和碎屑部分变得致密。结果表明,晶体的密实度梯度加载测试是高于均匀加载测试。因此,它已经在这项研究证实,水晶轮廓的分形维度不仅可以反映碎屑部分晶体之间的紧张,而且冲击矿压的故障特征。

为了分析放大的影响水平的介观分形石膏标本,进行了比较数据如图 14。比较结果表明,平均1500年水晶轮廓的分形维数 x放大级别范围从1.58 1.1.64均匀加载条件下。平均500年水晶轮廓的分形维数 x放大水平已经从1.79到1.84不等。因此,结果在500年 x放大比1500年大 x放大的水平。这也是决定,梯度加载的条件下,晶体轮廓的分形维数的平均值在1500年 x放大级别范围从1.74到1.80,平均值水晶轮廓的分形维数在500年 x放大水平已经从1.86到1.96不等。因此,结果在500年 x放大是大于1500 x放大。这些结果表明,增加放大,电子显微镜的扫描范围变小;观察到晶体结构变得清晰;和单位面积内的晶体数量减少,导致降低分形维度。

此外,点A2和B2是由两个平行的虚线表示 X设在,如图 14。虚线代表的差异之间的距离在两组之间的分形维数的范围的测试。在放大1500倍,虚线距离图 (14日)决心是0.1069。在放大500倍,虚线距离图 14 (b)是0.0218。因此,自0.1069大于0.0218,这表明,当放大系数是1500,有一个明显的分化程度的分形维数范围两组测试,和不同的故障特征造成的冲击矿压可以更容易地和明显的区别。