基于动力冲击的聚能切缝破岩试验研究

王伟 程明峰 罗鑫 王金宝 邹宝平 曹春晖

王伟, 程明峰, 罗鑫, 王金宝, 邹宝平, 曹春晖. 基于动力冲击的聚能切缝破岩试验研究[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20251114
引用本文: 王伟, 程明峰, 罗鑫, 王金宝, 邹宝平, 曹春晖. 基于动力冲击的聚能切缝破岩试验研究[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20251114
WANG Wei, CHENG Mingfeng, LUO Xin, WANG Jinbao, ZOU Baoping, CAO Chunhui. Experimental Study on Directional Rock Fracture by Energy-gathered Cutting under Dynamic Impact[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20251114
Citation: WANG Wei, CHENG Mingfeng, LUO Xin, WANG Jinbao, ZOU Baoping, CAO Chunhui. Experimental Study on Directional Rock Fracture by Energy-gathered Cutting under Dynamic Impact[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20251114

基于动力冲击的聚能切缝破岩试验研究

doi: 10.11858/gywlxb.20251114

Experimental Study on Directional Rock Fracture by Energy-gathered Cutting under Dynamic Impact

  • 摘要: 本研究针对隧道掘进中遇到的凝灰质砂岩地层非均质性问题,提出一种基于动力冲击的聚能切缝破岩新技术。采用自主研发的岩土体动态冲击力学试验系统,在Φ100 mm × 50 mm的圆柱形凝灰质砂岩试样一端粘贴了厚度为10 mm的聚氨酯垫片,垫片上沿径向开设直径3 mm、6 mm、9 mm的孔洞,分别嵌入6根对应直径的相同聚能钉。设置了冲击气压为0.35–0.65 MPa的7组试验,考察了不同冲击能量和钉径对定向切缝破岩效果的影响。结果表明:随着冲击气压增加,试样峰值应力和能量吸收显著增大,而裂缝贯通程度增强,破裂模式由以沿晶破坏为主向以穿晶破坏为主转变;3 mm聚能钉易因局部压溃而无法形成有效贯通切缝,9 mm聚能钉在高气压下则导致岩石产生块状或粉碎破裂;6 mm聚能钉在多种气压下均表现出稳定连续的定向切缝特征,形成较多穿晶裂纹,展现出优异的能量利用效率。扫描电镜分析结果验证了冲击应变率效应:低应变率(低冲击力)下裂纹多沿晶界扩展,高应变率下裂纹趋于穿晶扩展。该技术充分利用了冲击动力学中压缩-反射-张应力闭合链的破裂机制,实现了无炸药、无液体介质的可控定向破岩。合理匹配冲击参数与聚能钉直径,可在深埋隧道非均质岩层中高效诱导裂缝沿预定方向扩展,为复杂地质条件下隧道掘进中的超欠挖控制提供了新思路和参考。

     

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  • 网络出版日期:  2025-09-18

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