围压条件下粒子冲击破岩裂隙扩展机理研究

来源：振动与冲击杂志2024年第8期北京时间：

作者：刘勇,，李兴,，郭鑫辉,，魏建平,，宋大钊

单位：1.河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地，河南焦作454000；2.煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心，河南焦作454000；3.北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083

摘要：为揭示粒子冲击下围压对岩石裂隙形成及扩展机制的影响，开展了粒子冲击破岩实验和微纳米工业CT扫描实验，明确了围压对粒子冲击作用下岩石裂隙扩展特征的影响；并对不同围压条件下的粒子冲击进行数值模拟，分析了岩石的应力场和裂隙场演化过程，揭示了围压影响裂隙扩展的内在机制。结果表明：粒子冲击岩石后，在岩石内部形成破碎区和晶间主裂纹扩展区。压应力导致形成的剪切应力和拉应力是破碎区形成的主要原因，而晶间主裂纹扩展区形成的主要原因是切向衍生拉应力。围压使岩石颗粒间产生预应力，导致切向衍生拉应力需克服颗粒之间的初始压应力才能形成张拉裂隙；围压的增大导致岩石颗粒间剪切裂隙比例和摩擦效应提升，产生相同裂隙数目消耗能量增大，抑制了晶间主裂隙扩展区和破碎区的形成，破碎效果降低。

关键词：水射流；粒子射流；冲击破岩；辅助破岩；硬岩掘进