不同加载速率下青砂岩破裂演化规律及能量利用效率分析.pdfVIP

第52卷第6期煤田地质与勘探Vol.52No.6

2024年6月COALGEOLOGYEXPLORATIONJun.2024

赵环帅，潘永泰，乔鑫，等.不同加载速率下青砂岩破裂演化规律及能量利用效率分析[J].煤田地质与勘探，2024，52(6)：

69−78.doi:10.12363/issn.1001-1986.24.03.0152

ZHAOHuanshuai，PANYongtai，QIAOXin，etal.Fracturingevolutionarylawandenergyutilizationefficiencyofgreen

sandstonesunderdifferentloadingrates[J].CoalGeologyExploration，2024，52(6)：69−78.doi:10.12363/issn.1001-1986.

24.03.0152

不同加载速率下青砂岩破裂演化规律及

能量利用效率分析

1,21,2,*1,21,21,21,2

赵环帅，潘永泰，乔鑫，王星宇，余超，黄嘉诚

(1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京100083；

2.中国矿业大学(北京)矿山与城市固废资源化工程研究中心，北京100083)

摘要:【目的】研究不同加载速率下岩石破裂演化规律及能量利用效率是岩石破碎加工领域亟待解

决的问题。【方法】基于室内试验进行青砂岩细观参数标定，建立青砂岩宏−细观力学响应关系，采

用颗粒流程序，研究不同加载速率下青砂岩应力−应变曲线与应力链分布特征，从破裂特征与裂纹特

点方面分析青砂岩的破裂演化规律，并分析青砂岩破裂过程中的能量利用效率。【结果和结论】结

果表明：(1)青砂岩在破裂过程中，应力−应变曲线表现为峰前线弹性、峰前塑性变形和峰后逐步失

稳阶段，拉力链导致青砂岩裂纹扩展，最终破裂是压力和拉力链相互作用的结果。(2)不同加载速率

下，青砂岩破裂可分为剪切破裂、贯穿破裂及混合多级破裂阶段，剪切与贯穿破裂阶段是剪切力起

主要作用，而混合多级破裂是拉伸力主导的破裂模式。拉伸裂纹在破裂过程中起主导作用，生成速

率明显高于剪切裂纹，总裂纹生成速率达2400.81m/s。(3)青砂岩断裂能的演化可分为缓慢增加、

急剧增大与趋于稳定阶段，在加载速率为0.05m/s时，最大能量利用效率为0.088%。研究结果不仅

从细观层面对岩石破裂演化规律及能量利用效率进行了初步探索，也可为岩石破碎过程中工艺参数

的合理选择提供指导。

关键词：青砂岩；加载速率；颗粒流程序；力学特性；力链；断裂能

中图分类号：TU452文献标志码：A文章编号：1001-1986(2024)06-0069-10

Fracturingevolutionarylawandenergyutilizationefficiencyofgreensandstones

underdifferentloadingrates

ZHAOHuanshuai1,2,PANYongtai1,2,*,QIAOXin1,2,WANGXingyu1,2,YUChao1,2,HUANG