土木工程进展

土木工程进展/2020年/条款

研究文章|开放存取

音量 2020年 |文章编号 9168908 | 13个 | https://doi.org/10.1155/2020/9168908

基于扫描电镜的岩石相似材料岩爆碎屑的细观分析

学术编辑:库马拉斯瓦米维普拉南丹
收到 2019年4月28日
修订 2019年7月25日
公认 2020年2月12日
发布时间 2020年4月3日

摘要

为了研究不同梯度应力条件下岩爆试样的破坏特征,提出了一种新的试验方法;利用真三轴梯度和液压气动联合试验装置,对岩石相似材料试件进行了两种梯度应力路径下的常规系列试验。石膏被用作类似岩石的材料。在试验过程中,发现了一些面积为100 mm的岩爆碎屑2采用扫描电子显微镜(SEM)分析计算了典型碎屑剖面晶体轮廓的分形维数。结果表明,两种梯度应力过程引起的试件破坏特征是不同的。岩爆碎屑岩断面的细观形貌也有效地反映了其宏观破坏特征。结果表明,岩屑剖面晶体轮廓的分形维数具有分形特征,基于扫描电镜图像的盒维数可以定量描述岩爆破坏特征。此外,在相同的放大倍数下,劈裂破坏的晶体轮廓的分形维数比剪切破坏的要小。

一。介绍

目前,随着地球浅层矿产资源的逐渐短缺,全球每年的需求资源缺口增大,矿产资源开采逐渐向深层地下空间发展。深部岩体的赋存环境极为复杂,深部开采过程中围岩的应力集中往往导致开挖后储存的弹性能突然释放,进而引发岩爆灾害[1]. 岩爆发生时,主要表现为岩体以大量动能脱离母岩。这些活动向自由挖掘的表面投掷碎片,伴随着不同程度的爆炸和撕裂声。这往往导致矿山机械的破坏,甚至造成矿工的死亡,给矿山工程带来不可估量的损失[23]. 因此,对岩爆现象的研究有助于加深对岩爆现象的认识,从而有助于今后有效地预防岩爆的发生。

岩体的宏观破坏现象是许多细观裂隙的充分表现[4]. 岩爆现象的细观研究将有助于进一步了解岩爆的破坏过程。一般来说,研究人员通常利用扫描电子显微镜(SEM)来确定岩体的力学性质,以揭示岩石的细观形貌与破坏过程之间的关系。此前,赵等。[6]分析部岩体其具有使用SEM经历岩爆和揭示岩石的动态破坏机构的微结构。此外,Ng等。[7-9]利用电子显微镜对研究材料的扫描图像进行处理,建立了预测裂纹扩展的模型。在另一项相关研究中,张等人。[10个]利用扫描电镜(SEM)对不同浅层岩石试件的显微结构和矿物组成进行了检测,分析了不同显微结构和矿物组成对宏观力学性能的影响。然而,目前关于岩爆碎屑岩裂缝研究的报道很少。将扫描电镜(SEM)应用于岩爆细观结构的研究,将有助于加深对与岩爆现象有关的破坏机理的认识。

分形理论是由Parsa等人提出的。[11个]研究复杂非线性科学。研究发现,在岩体力学领域,自藤村修等人。[德意志北方银行]应用分形理论研究岩石碎屑剖面图像的分形维数,分形理论在图像领域的应用已日趋成熟。Wang等人。[13个]采用分形方法定量描述了岩体中微裂纹的破坏演化行为。同时,基于分形方法和断裂力学理论,邓等。[14个]建立了岩石裂隙的能量消耗模型和所获得的能量消耗和岩石碎片的平均尺寸之间的定量关系。上述结果表明,分形理论可以用于定量地描述岩石裂隙的特性。已经确定的是岩爆主要集中在硬脆岩体发生。因此,这是由岩石破裂产生的横截面和碎屑已知是密切相关的岩石破裂的特性。在岩爆研究领域,大多数的研究方法利用分形维数,这是基于群众,长度,宽度,以及其它的岩爆碎片秤[的测量值的计算15个-17岁]然后根据得到的分形维数判断岩爆现象的严重程度。

因此,本研究采用自行研制的具有真三轴梯度的岩爆试验装置和水力-气动联合试验装置,在均匀分布和梯度分布两种应力加载模式下,对岩石相似材料试件进行了岩爆试验。然后,在对冲击地压宏观破坏分析的基础上,通过选取典型破坏断面样品,利用扫描电镜,从细观角度分析了均匀加载和梯度加载对冲击地压破坏特征的影响。同时,将计算结果与MATLAB软件计算结果进一步结合,确定了不同岩爆破坏模式下试件断面上存在的碎片分形规律。研究结果对加深对开挖过程中围岩破裂特征及其影响因素的认识具有潜在的重要理论意义。

2。岩爆现象测试

2.1条。试验装置和材料

试验过程中采用的真三轴梯度液气联合试验装置由主机、液压控制系统、气动控制系统组成,如图所示1. 该装置还具有实现二维和三维围压应力加载的能力。装置顶部最大承载能力为20 MPa,装置侧面最大承载能力为5 MPa。装置顶部设置的梯度模拟了深部岩体在野外开挖扰动下的应力集中现象。此外,气动控制系统能够有效模拟实际条件下深部岩体岩爆过程中围岩施加的软荷载。

由于天然岩石试件的加工、运输作用复杂,加上实验室试验的局限性,本研究选用高强度石膏作为材料。石膏试件符合岩石的冲击倾向性指标,力学性能与深部岩体相似[18岁-20个]. 石膏的参数如表所示1. 然后,根据试验装置中试样加载室的空间布置,将试样尺寸设置为1000 mm ××600 mm ××400 mm。此外,为了减少横向摩擦对试件加载过程的影响,在试件加载面和仪器传力板之间放置了两层聚四氟乙烯(PTFE)薄膜。然后,在试样表面涂上一层石墨粉。


材料 水灰比 UCS(兆帕) 冲击能量指数 密度(g·cm负极_3

石膏 0.6分 9.2 5.8条 2.1款

2.2条。试验过程

这项研究测试过程主要有模拟造成工程的干扰,岩爆等现象,开挖面的过程中深部岩体开挖突然卸载。目前,人们普遍认为,在岩爆试验中使用的小尺寸试样遭受均布载荷只有经历劈裂破坏。然而,这在一些网站岩爆现象不同。据发现,所述梯度应力负荷方法可以更好地反映隧道开挖过程中岩爆部位切向应力集中的现象。在目前的研究中,简化的表达ÿ = AE负极_BX + C[21岁式是在地下开挖使用。据观察,所述洞穴的一定距离内的周围岩石的切向应力已经与水平距离的宽度的增加而下降。在公式,一个 + C位于围岩洞壁切向应力方向;b表示应力梯度系数(应力梯度系数b即梯度顶部的应力差越大);X在某些点的水平距离的宽度围岩;和C表示初始应力值。

为了比较,分析一致的装载和梯度负载对岩石突发的特性的影响,本文设计两个测试加载模式,以对大的样品进行多个测试。石膏试样的应力显示在图2

during the testing, the initial confining pressure of the plaster specimens was set as 1.5 MPa (C = 1.5 Mpa),每个阶段的荷载分级为0.5 Mpa。每个阶段的加载间隔为30分钟,初始围压稳定6小时。随后,装置前的限位门板被迅速疏散。同时,在顶部,荷载通过ÿ = AE负极_BX + C。的X坡度1的值为0 mXvalue of gradient 2 is 0.25 m, theXvalue of gradient 3 is 0.50 m, and theXvalue of gradient 4 is 0.75 m. The initial value of a is 0.5 MPa, and the interval in each loading is 0.5 MPa. The stress loading scheme of the experimental design was as follows.(1)均布应力加载:本方案加载路径如图所示3(甲)。什么时候b = 0,顶部梯度1以0.5 MPa的梯度加载,其他梯度的顶部计算为ÿ = AE负极_BX + C一直装到岩爆发生。(2)梯度应力负荷:该方案的装载路径显示在图3(b)。什么时候b = 6,顶部梯度1以0.5 MPa的梯度加载,其他梯度的顶部计算为ÿ = AE负极_BX + C一直装到岩爆发生。

2.3条。试验结果
2.3.1。测试现象分析

数字4分别给出了均匀加载试验和梯度加载试验引起的宏观岩爆破坏现象。根据不同的加载路径,分析了岩爆试验过程中的应力加载阈值、岩爆形式、爆破声、岩屑喷射等现象的特点。

具体分析结果如下。(1)In terms of test stress loading conditions, in the process of uniform loading test, rock-burst occurred when the top load increased to 5.5 MPa, and the upper parts of the specimens were destroyed, as shown in Figure4(甲). 在梯度加载试验过程中,当顶部梯度1上的载荷增加到5.0 MPa时,试件的上、中部发生了岩爆,如图所示5(甲). 可见,均匀加载条件下试件的应力大于梯度加载条件下的应力。(2)从岩爆发生时的声音来看,在均匀荷载条件下发生的岩爆产生了连续、清脆、低沉的声音。同时,在梯度加载试验过程中发生的冲击地压也产生了非常响亮和沉闷的声音。(3)根据岩爆现象的破坏模式,图中显示了在均匀加载试件和岩爆发生后密切观察到的断裂4(c)4(d). 结果表明,岩爆断面较粗糙,形成的岩爆坑表面较平坦。同时,侧裂纹沿加载应力方向扩展。结果表明,该岩爆梯度应力加载试件断面较为光滑,坑的形成呈楔形。从靠近45°角剪切裂缝的一侧可以看到岩爆,裂缝内残留了大量石膏粉。(4)从图中可以看出,岩爆产生的碎片4(b)在均匀荷载作用下的冲击地压后,大量板状岩屑集中在0.5 m范围内,但在梯度荷载作用下发生冲击地压时,岩屑已经散开,甚至有超过1 m范围的岩屑抛掷。因此,本研究认为,在梯度荷载作用下产生的岩爆碎屑比均匀荷载作用下产生的岩爆碎屑更为强烈。

由以上结果可以看出,在均布荷载试验中,岩爆发生时间长,声音小。岩爆断面平缓,裂隙为典型的劈裂裂隙,岩爆强度弱。但在梯度加载试验中,岩爆持续时间较短,岩爆坑呈楔形,裂隙为典型的剪切裂隙,岩爆强度较大。因此,本文的研究结果表明,均匀加载试验和梯度加载试验产生的冲击地压特征有明显的不同。

2.3.2条。宏观碎屑特征

在目前的研究中,为了进一步考察不同加载方式产生的破坏特征,将两组试验碎片按粒径和类型进行了分类。换言之,每组测试碎片按大小分为10组,分别为:<3 mm;3至6 mm;6至10 mm;10至20 mm;20至25 mm;25至40 mm;40至70 mm;70至100 mm;100至160 mm;和>160 mm。每组按块、片分为两个亚组。长厚比小于3的碎屑为块状,长厚比大于3的碎屑为片状[17岁22个],如图所示6

从图中可以看出6均匀加载过程中形成的碎片较多,而梯度加载过程中形成的碎片较少。因此,为了确定不同类型和大小的碎石在总碎石中所占的百分比,在对碎石进行分类并添加其质量后,表中详细列出了不同应力加载条件下岩爆碎石的百分比2


尺寸(mm) 形式 均布荷载 渐变装
质量(g) 百分比% 质量(g) 百分比%

>160个 工作表 1.140英镑 47.42分 - -
- - 1.100 70.39
100〜160 工作表 280 11.65分 - -
- - 225个 14.4条
70至100 工作表 310个 12.89分 - -
- - 80.7条 5.16条
40至70 工作表 51.7条 2.15条 27.3条 1.75分
168.1条 6.99 52.8条 3.38条
25至40 工作表 55.8 2.32条 8.1 0.52分
78.9 3.28条 28.8 1.84分
20到25 工作表 47.5条 1.98分 2.8条 0.18分
74.3条 3.09年 14.3条 0.91分
<20人 粒子 197.9 8.23条 22.9 1.47条
总计 - 2,404.20 100个 1562.70英镑 100个

如表所示2在均匀加载条件下,片状碎屑的质量百分比分别为47.42%、11.65%、12.89%、2.51%、2.32%和1.98%,总质量百分比分别为78.77%,远远高于块状碎屑的质量百分比。然而,在梯度加载条件下,观察到与均匀加载结果相反,块体碎片的质量占总质量的70%以上。因此,确定均匀加载产生的冲击地压主要产生片状碎屑,梯度加载产生的冲击地压主要产生块状碎屑。

在目前的研究中,通过比较试验后样品碎片和受影响截面的特征,确定在均匀加载试验条件下,冲击地压产生的声音较小;冲击地压坑平坦;碎片的最高百分比为板片形式;截面粗糙,裂纹沿加载方向扩展。但在梯度荷载作用下,试件产生的岩爆声较大,岩爆坑呈楔形,岩屑以块状为主,裂隙以剪切线裂隙为主,断面上覆盖有石粉和划痕。因此,从宏观上看,均布荷载试验主要导致劈裂破坏,而梯度荷载试验主要导致岩石相似材料试件的剪切破坏。

三。岩石相似材料冲击断面的细观分析

岩石的细观分析可以利用SEM的帮助下进行研究。根据SEM研究由田[进行的结果23个]在地下洞室岩爆断面中,岩石晶体往往具有规则的几何形状,不同加载方式形成的断面扫描图像有明显差异。虽然石膏与岩石内部的晶体结构不同,但石膏内部的晶体在无应力条件下呈规则分布,与岩石内部的晶体结构相似。由此可以推断,由不同加载方式形成的岩石相似材料的岩爆碎屑段扫描图像也会有明显差异。

3.1。在岩石相似材料的碎屑截面的SEM测试
3.1.1条。碎屑切片的扫描电镜取样

为了从细观的角度观察岩石相似材料在不同应力梯度加载条件下的破坏特征,将试件分为两组。第一组为均匀加载试验中的劈裂破坏段,如图所示7(甲)。第二组是在梯度负荷试验剪切破坏部分,如图中详述图7(b). 每个试验组采集三份样品[24个].

然后,以满足SEM设备的样品尺寸的要求的目的,近似长方形的切削首先在岩爆碎屑部进行[25个]. 样品面积约为10 mm × 10 mm,厚度在3~5 mm之间,背部磨损平整。切割试样如图所示7(甲)图7(b). 由1号、2号和3号表示的图像表示分裂破坏面的样本(图7(甲))在均匀荷载条件下,4号、5号和6号图像显示剪切破坏面的样品(图图7(b))在梯度荷载条件下。

3.1.2条。试验设备和试验过程

用导电胶将样品依次固定在样品台上。然后,为了提高样品的导电性,提高信号的发射率,采用真空镀金工艺[26个]. 镀金后,用日本jsm-5510lv型扫描电子显微镜对样品进行放大50-2000倍的观察。

3.1.3条。岩爆断面的细观形貌特征

选取了上述两组样品的典型碎屑切片的扫描电镜图像。数字图8(a)8(b)显示均匀加载试验中选择的劈裂破坏碎屑部分的扫描电镜图像,以及图9(甲)9(b)给出了梯度加载试验中剪切破坏碎屑段的扫描电镜图像。

扫描电镜图像虽然是二维照片,但包含了大量的三维信息。例如,图像能清晰地显示石膏晶体的大小、三维形貌、分布及间隙等。细观结构信息由灰度值反映。每个像素对应于0到255之间的灰度值(0表示黑色,255表示白色)。不同的灰度值可以理解为晶体表面和成像表面之间的不同距离。灰度值越大,晶体表面离成像表面越近。根据这一原理,可以选择两组实验性的扫描电镜图像,用MATLAB编程,将二维扫描电镜图像转换成三维灰度图像,如图所示8(c)9(c)

观测结果如下。(1)均匀加载试验后,观察到岩爆碎屑部分的表面普遍松散,坑和孔分布在各处,如图所示图8(a)。然后,300次局部倍率之后,人们发现,大多数晶体的修长,长在外观上,和完整的晶体形状清晰可见。毛孔也更明显,并且发现不规则周围重叠孔中的晶体,如在图中可以看出8(b)(2)梯度加载试验完成后,在梯度加载模式下,受剪切破坏挤压的石膏晶体与均匀加载模式下的晶体相比处于相对致密的状态,并伴有明显的划痕和垂直于划痕方向的阶梯状图案,如图所示9(甲). 再一次,放大300倍后,大多数碎屑切片被发现是扁平的,大多数石膏晶体被观察到是短的棒状晶体。主要失效模式为穿晶断裂,部分台阶状沿晶断裂,晶体沿划痕方向排列,如图所示9(b)

通过观察碎屑切片中石膏的晶体形态,不难看出均匀加载试验中石膏受到拉应力的影响,晶体相互分离。晶体呈长柱状,松散无序,表面有明显的气孔(图10(甲)),这表明了明显的分裂失败。在梯度加载试验中,在压应力对石膏的影响下,发现晶体相互错开,呈短棒状排列在同一方向(图10(b)). 此外,岩石表面有明显的划痕,这表明冲击地压产生了剪切破坏。因此,从宏观上可以反映出均布荷载试验中出现了劈裂破坏,而在梯度荷载试验中出现了剪切破坏。

它是在本研究中发现,碎屑部分的介观形态已准确地反映了岩石破裂,这也表明,应力加载方式影响了试样在一定程度上的故障模式的宏观故障。因此,碎屑部分的介观形态所特有的岩石突发的宏观故障和也反映了岩爆到一定程度的温育过程。

3.2条。岩爆碎屑岩断面的扫描电镜图像处理及分形特征
3.2.1条。扫描电镜图像处理

SEM图像能够反映应力条件下石膏晶体的细观形貌和结构特征。本研究采用图像处理软件提取晶体轮廓,结合分形理论计算出晶体的分形维数。定量分析了两种梯度应力加载条件下的岩体破坏特征。

在目前的研究中,使用SEM的方法获得500,1500倍放大的SEM图像。然后,为了更清楚地观察和计算晶体分布特性,选择与典型的故障特性的图像在不同的放大倍数的每个编号的样本。原始SEM图像,以便提取在晶体边缘轮廓使用MATLAB软件编辑。然后,为了获得晶体轮廓图像的目的除去图像中的不相关的信息。最后,图像二值化,以便于计算进行。具体操作选择作为一个例子梯度负荷试验样品No.4(具有1500倍)的本地部分。原始图像是灰度图像。然而,提取的边界轮廓,去噪,和二值化后,得到了如下的图像(图11个).

其余两组实验在不同放大倍数下的图像按相同的方法进行处理,以计算分形维数。

3.2.2条。晶体轮廓分形维数的计算

分形维数的计算方法有盒计数法、沙盒法、面积半径法和相关函数法。在这项实验研究中,使用了最常用的盒子计数方法,如图所示德意志北方银行. 假设图中包含多个晶体,以及尺寸的正方形网格ε覆盖在等高线图像上,与统计网格中等高线相交的网格数为ñε).

然后,通过减少尺寸ε并再次计算与等高线相交的网格数,发现ε接近0时,可获得如下分形维数:

它可以在(1)晶体分布越密集,单位面积内的晶体轮廓线就越多;同时,覆盖的盒子也越多,并且d价值会更大。但在实际应用中,只能采用有效边长,具体步骤如下。使用边长512、256、128、…、2、1个方形框来覆盖轮廓曲线图像、不同大小框的大小以及相应框的数量ñ. 因此,应根据最小二乘法拟合以下方程: 哪里C = the fixed coefficient.

斜坡d排队的人(2)是图像的分维值。然后,根据上述原理,在MATLAB中编写了相应的盒维数分形程序,并给出了lg的关系图ñ和lg(ε)可以在对数坐标系中绘制。数字13个显示了4号梯度测试样本图像的分形维数图。图中拟合曲线的斜率为1.7555。因此,分形维数为1.7555。

通过图像处理,采用相同的方法计算了具有两个应力加载路径和放大倍数的晶体轮廓的分形维数,如表所示3


装载方法 1500个X放大倍数 分形维数 平均 500个X放大倍数 分形维数 平均

均布荷载 A1 1.6034 1.5835英镑 a1 1.768个 1.7904个
1.6008 1.8152个
1.5463个 17879个
A2 1.6006 1.6358美元 a2 1.8418 1.84分
1.6548个 1.855个
1.6519个 1.8233
A3 1.5894 1.5869 a3 1.8014 1.7967个
1.5888 1.8007
1.5826个 17881个

渐变装 B1 1.7689个 1.7692 B1 1.8861个 1.8946
1.7832 18964个
1.7555个 1.9014号
B2 1.7293个 1.7427条 B2 1.8327 1.8618个
1.7714 1.8732分
1.7273个 1.8796
B3 1.7919个 17991英镑 B3 1.9438 1952年
1.812 1949年
1.7933个 1.9632个

在本研究中,均匀加载测试图像样本用A1、A2、A3、A1、A2和A3表示,梯度加载测试图像样本用B1、B2、B3、B1、B2和B3表示。为了消除多因素的干扰,提高结果的准确性,从每个样本中选取三个不同的测量点,计算出平均值作为最终的计算结果。

如可从表中可以看出3,石膏晶体的轮廓有明显的分形特性,以及分形维数已经范围从1到2。据观察,较大的分形维数越多,晶体具有在一定范围内聚集。这些结果表明,该晶体轮廓曲线的分形维数均晶体分布敏感。因此,由不同的加载方法和采样位置得到的分形维数已改变。

3.2.3条。石膏晶体轮廓分形维数与岩爆破坏特征的关系

数字14个显示行的平均值从表中得到的样品分形维数的曲线图3根据放大倍数的不同。可以看出,当放大倍数为1500倍时,均匀加载试验得到的晶体轮廓的平均分形维数在1.58 ~ 1.64之间。同时,梯度加载试验得到的晶体轮廓的平均分形维数在1.74 ~ 1.80之间。当放大率为500倍时,均匀加载试验得到的晶体轮廓的平均分形维数在1.79 ~ 1.84之间,梯度加载试验得到的晶体轮廓的平均分形维数在1.86 ~ 1.96之间。因此,不难得出结论,在相同的放大倍数下,梯度加载试样的分形维数要大于均匀加载试样的分形维数。也就是说,剪切破坏碎屑的晶体轮廓的分形维数大于劈裂破坏碎屑的分形维数。

在目前的试验研究中,从冲击地压的破坏特征出发,确定了劈裂破坏主要发生在均匀加载试验过程中。观察到,在拉伸应力的作用下,试样中的晶体被拉裂。因此,晶体的棱角变得明显,发现大部分晶体完好无损。在梯度加载试验中,剪切破坏是主要的破坏形式。从试验结果可以看出,由于相对剪切滑移,碎屑段沿运动方向产生了划痕,晶体方向也发生了变化。观察到,当晶面与剪切面成一定角度时,晶体被挤压切断。结果,棱角被磨平,导致粉末覆盖表面,碎屑部分变得致密。结果表明,梯度加载比均匀加载时晶体的致密性高。因此,本研究证实,晶体轮廓的分形维数不仅可以反映碎屑截面晶体之间的紧密程度,而且可以反映岩爆的破坏特征。

3.2.4条。放大倍数对石膏晶体轮廓分形维数的影响

为了分析放大倍数对石膏试件细观分形的影响,对图中所示的数据进行了比较14个。比较结果表明,在1500晶体轮廓的平均分形维数X在均匀加载条件下,放大倍数在1.58~1.1.64之间。500晶体轮廓的平均分维X放大倍数在1.79到1.84之间。因此,结果是500X放大率均较在1500大X放大倍数。在梯度加载条件下,晶体轮廓分形维数的平均值为1500X放大等级已经范围从1.74到1.80,并且晶体轮廓的分形维数的在500的平均值X放大倍数为1.86~1.96。因此,结果是500X放大倍数大于1500倍X放大倍数。这些结果表明,随着放大倍数的增加,电子显微镜的扫描范围变小,观察到的晶体结构变清晰,单位面积内的晶体数量减少,分形维数减小。

另外,点A2和B2用两条平行于的虚线表示X-轴,如图所示14个. 虚线之间的距离表示了两组测试之间分形维数范围的差异。放大系数为1500时,图中虚线距离(14日)确定为0.1069。放大倍数为500时,图中虚线距离14 (b)是0.0218。因此,由于0.1069大于0.0218,这说明当放大系数为1500时,两组试验的分形维数范围有明显的分异,可以更容易、更清楚地区分由岩爆引起的不同破坏特征。

四。结论

本实验采用扫描电镜(SEM)方法,研究了岩石相似材料冲击碎石断面的细观形态特征。从定性和定量两方面描述了均匀加载和梯度加载条件下岩石相似材料岩爆碎屑段细观断裂模式的差异,以解释观测到的差异。主要结论如下。(1)结果发现,这两个梯度应力的负荷条件下的石膏样品的岩爆特性是不同的。其中有均匀负荷试验过程中发生的岩爆(b = 0)被确定主要产生分裂故障。同时,当应力梯度系数(b在本文中,发现在梯度加载试验中发生的岩爆主要产生剪切破坏。(2)试样的细观形貌准确地反映了宏观失效。结果表明,石膏试件能有效地反映岩爆破坏过程中的塑性变形过程。结果表明,结合这两种梯度应力过程,可以确定细观形貌与宏观失效之间的关系。(3)碎屑岩剖面的晶体轮廓具有分形特征,不同的分形维数反映了岩爆碎屑岩不同的破坏特征。在本研究岩爆试验过程中,以灰泥为岩石相似材料,确定在相同放大倍数(500X或1500X)在均匀分布试验中,劈裂破坏岩屑剖面的晶体轮廓的分形维数小于梯度试验中的分形维数。也就是说,劈裂破坏模式的分形维数小于剪切破坏模式的分形维数。结果表明,随着放大倍数的增大,晶体的分形维数减小,晶体的形貌变得更加清晰。

数据可用性

本文包含了支持本研究结果的数据。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

作者衷心感谢国家自然科学基金(51504167、51474159号)、武汉理工大学研究生创新基金(CX2018083号)、高等教育博士点(20110143110017号)对本研究的资助,武汉理工大学科学基金(编号:K201856、K201617)和中央大学基础研究基金(编号:2017-YB-022)。

参考文献

  1. B.-G.他,R.泽里格柯,Y H. Hatzor和X.-T.冯,“岩爆一代不连续岩体,”岩石力学与工程,第49卷,no。2016年第4103-4124页。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  2. 苏,冯,王,江,胡,“真三轴条件下隧道轴向动力扰动诱发的遥控冲击地压实验研究”岩石力学与工程卷。50,没有。8,第2207至2226年,2017年。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  3. K.杜涛米,X.-B.李和J.周,“大块剥落,并通过真三轴卸载和本地动态干扰岩爆引起的实验研究”岩石力学与工程,第49卷,第9期,第3437-3453页,2016年。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  4. 朱和邵,“岩石损伤的微观力学:准脆性领域的进展”,岩石力学与岩土工程杂志卷。9,没有。1,第29-40,2017年。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  5. N、 谢智珠,徐立海,邵建福,“准脆性岩石细观力学弹塑性损伤模型”计算机与岩土工程,第38卷,第8期,第970-9772011页。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  6. K.召,H. Y.召,和Q. Y.佳,“岩爆断裂微观及其机制的研究的分析,”爆炸冲击波,第35卷,no。6、2015年第913-918页。查看位置:谷歌学者
  7. K.伍,Y.太阳,Q.岱,X.于,“在与微机械分析,SEM成像和超声波散射技术胶凝材料内部冻害调查,”建筑建材,第50卷,第478-485页,2014年。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  8. D、 王国强,朱明伦,宣方正,“用原位扫描电镜和数字图像相关技术研究微空洞周围疲劳裂纹萌生和应变演化的实验研究”主要工程材料,第754卷,第75-78页,2017年。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  9. R、 —L.Shan,L.-W.Song,Y.Liu,W.-F.Zhao,H.-X.Chen,“梅林庙矿深部岩石显微结构分析”煤炭科学与工程学报(中国)卷。19,没有。4,第468-473,2013。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  10. M、 张建宁,张海斌,刘学森,“用扫描电镜研究浅层岩石的微观结构和矿物组成”应用力学与材料,第303-306卷,第2552-2558页,2013年。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  11. M.帕尔萨,A Maghsoudi和R. Ghezelbash,“多元素地球化学特征的阿哈尔地区异常模式的分解,NW伊朗:U-空间统计和分形模型的比较,”阿拉伯地球科学杂志,第9卷,第4期,第260页,2016年。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  12. A、 Fujimura,M.Furumoto,Y.Takagi和H.Mizutani,“岩石碎片破裂面的分形维数”国家极地研究所回忆录,第41卷,第348-3571986页。查看位置:谷歌学者
  13. P、 王子渠,崔永元,“泥页岩微裂缝的分形研究”主要工程材料,第719卷,第28-32页,2016年。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  14. Y、 邓、陈、金、邹,“基于分形理论的岩石破碎能量耗散的理论分析与实验研究”天然气科学与工程学报,第33卷,第231-239页,2016。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  15. D、 刘德礼,赵富芳,王国强,“基于冲击地压试验的砂岩碎块破碎特性分析”岩石力学与岩土工程杂志卷。6,没有。3,第251-256,2014。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  16. Y.王,Z.春,M. C.他,刘D.,Y.林和S.杜“为冲击砂岩片段的断裂特征分析不同的动态负载频率下岩爆,”岩土工程,第37卷,第4期,第2715-272712019页。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  17. D. J.李X. N.佳,J. L.苗,M. C.他和D. D.李“的花岗岩岩爆文本片段的分形特征分析”中国岩石力学与工程学报,第29卷,第1期,第3280-3289页,2010年。查看位置:谷歌学者
  18. H、 周,徐,陆,张,孟,沈,“深埋隧道板屈曲岩爆机理及物理模拟试验研究”中国岩石力学与工程学报,第34卷,第2期,第3658-3666页,2015年。查看位置:谷歌学者
  19. B、 戴、何、张志军,“单轴加载条件下含不同角度、不同长度单裂纹石膏开裂过程的数值研究”冲击与振动,第2018卷,文章编号2968205,16页,2018年。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  20. Y、 夏勇,秦立民,廖立林,熊伟雄,王志德,“大直径岩爆试验碎片的分形特征分析”中国岩石力学与工程学报,第33卷,第7期,第1358-1365页,2014年。查看位置:谷歌学者
  21. A、 K.Singh、R.Singh、J.Maiti、R.Kumar和P.K.Mandal,“去毛管过程中煤柱开采诱发应力发展的评估”国际岩石力学与采矿科学杂志,第48卷,第5期,第805-8182011页。查看位置:发布者网站|谷歌学者
  22. M、 何振华,杨振新,缪建林,贾新佳,蒋铁军,“冲击地压实验碎片的分类与研究方法”中国岩石力学与工程学报,第28卷,编号8,第1521-1530页,2009。查看位置:谷歌学者
  23. Y、 田先生,“岩石破裂与岩爆渐进破坏过程的扫描电镜分析”电子显微镜杂志,第2卷,第41-48页,1989年。查看位置:谷歌学者
  24. Y、 Yuan,P.Z.Pan,S.K.Zhao,B.Wang,G.H.Song,“基于数字图像相关的单向压缩下含填充裂纹大理岩的破坏过程”中国岩石力学与工程学报,第37卷,第2期,第339-351页,2018年。查看位置:谷歌学者
  25. C. Y.梁,S. R.吴,和X.栗,“研究下在低和中间应变率单轴压缩花岗岩断裂的微 - 中的特性,”中国岩石力学与工程学报卷。34,没有。S1,第2977至2986年,2015年。查看位置:谷歌学者
  26. Y. P.刘,邓H.和R. Q.黄,“平板租金结构的岩石和破裂面的介观形态分析的机械试验,”中国岩石力学与工程学报卷。34,没有。S2,第3852-3861,2015。查看位置:谷歌学者

版权所有©2020 Manqing Lin等人。这是一篇在知识共享署名许可,它允许在任何媒体中不受限制地使用、分发和复制,前提是正确引用了原始作品。


更多相关文章

134个 查看 | 141个 下载 | 0 引用
PDF格式 下载引用 引用
下载其他格式更多
为了打印副本命令

相关文章

我们致力于尽快、安全地分享与COVID-19相关的发现。任何提交COVID-19论文的作者应在help@hindawi.com网址以确保他们的研究得到快速跟踪,并尽快在印前服务器上提供。我们将为接受的与COVID-19相关的文章提供无限的出版费用减免。在此注册作为一个评论家,以帮助快速跟踪新的意见书。