煤岩在冲击载荷下的动态力学特性对比分析

为了研究煤岩受爆炸、冲击等动态荷载下的破坏机理,利用50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对无烟煤和砂岩试样进行不同冲击速率下冲击加载试验,基于应力波理论和分形理论,分别研究了无烟煤和砂岩在动态应力应变、破坏形态、破碎耗散能以及块度分形方面的差异。结果表明:无烟煤与砂岩的动态力学性能明显不同,无烟煤的动态应力应变在初始上升阶段就呈现出了很明显的非线性,并且冲击速率越小这种非线性越明显;而砂岩动态应力应变曲线在初始阶段基本是一条直线,具有线弹性;两者都具有随着冲击速率的增大,其塑性变形、极限强度也增大的趋势,但砂岩的塑性变形明显小于无烟煤的塑性变形。最后通过计算无烟煤、砂岩的破碎耗散能和分形维数可知:两者的破碎耗散能均随冲击速率的增大而呈弱幂函数关系增加,无烟煤的增长速率较快;无烟煤试样破碎块度的分形维数比较集中,随着冲击速度的增加砂岩分形维数有降低的趋势。