冲击倾向煤样在不同应变率载荷作用下破裂的声发射及碎片分形特征

Abstract

现有研究针对岩石受载破坏过程的声发射特征和试件碎片分形特征进行了相关分析，并取得了一定成果，但针对冲击倾向煤样在不同应变率单向受载条件下破坏程度的定量描述及与加载应变率定量关系的研究较少。针对该问题，基于MTS−C64.106型电液伺服系统对原煤试件在单轴静态载荷基础上施加不同应变率载荷试验，试验中采用PCI−2卡型声发射卡对试件受载破裂过程开展实时监测，同时应用分形理论对试件破裂碎片进行处理分析，定量评价试件破碎程度及与载荷应变率的关系。结果表明：① 在静态载荷基础上，试件破坏的峰值强度随着应变率动载荷的升高而逐渐上升。② 随着加载应变率增大，声发射总体数量减少，高能声发射事件增多，声发射振铃计数和能量幅值经历缓增−急增−突增的一致转变过程。③ 试件受载的能量输入速率与声发射振铃计数、内部撞击数增长趋势基本一致，即也会经历缓增−急增−突增的变化。④ 声发射与震动强弱正相关的常数随加载应变率增大而减小，与高低能震动数之比负相关的常数随加载应变率增大而增大；原煤试件的破坏模式会发生剪切破坏−劈裂破坏−爆裂破坏的转变。⑤ 当加载应变率较低时，试件主要是上半部分破坏，应变率增大后由试件中部逐渐向下半部分延伸破坏，原煤试件在动载应变率作用下的破坏过程主要是裂纹的脆性扩展行为。⑥ 试件冲击碎片质量分维与加载应变率呈二次函数关系，即存在加载应变率极值使试件破坏程度达到最大，试验显示该值为2.8×10−3 s−1