界面角度对层状岩石动态断裂及能量耗散影响的试验研究

来源：振动与冲击杂志2025年第21期北京时间：

作者：刘健，，薛勇林979668，，张华磊，，齐潮，，朱家亮，，黄猛猛，

单位：1.安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室， 安徽 淮南232001；2.安徽理工大学安全科学与工程学院， 安徽 淮南232001；3.安徽理工大学矿业工程学院， 安徽 淮南232001

摘要：为了探究不同界面角度下层状复合岩石的动态断裂行为，采用直径为50.0 mm的分离式霍普金森压杆装置对直切槽半圆盘弯曲(notched semi-circle bend,NSCB)试件开展15°、30°、45°、60°、75°和 90°界面角度梯度内的动态冲击试验。通过高速摄像装置记录NSCB试件破坏形态，并利用数字图像相关技术分析裂纹扩展走势，研究NSCB试件在不同界面角度和不同冲击荷载条件下的动态断裂行为和能量耗散规律。结果表明：NSCB试件受冲击荷载作用后裂纹扩展速度随界面角度的增大呈现先减小后增大的变化趋势。根据裂纹形态和起裂位置共获得4种裂纹类型，随着界面角度的减小，<span>NSCB试件</span>断裂出现的裂纹类型增多，<span>NSCB试件</span>由单一的劈裂拉伸破坏模式(ⅠT+ⅣT型)变为复杂的拉伸-剪切复合破坏模式(ⅡS+ⅢS+ⅣT型)。界面角度增大会导致煤岩交界面对半正弦入射应力波的有效反射面积增大，入射波在经过界面后会产生更大的反射波和反射能量，相应的透射波和透射能量会不断减小，裂纹沿界面扩展的偏转作用会随界面角度增大而减小，裂纹更多沿岩石基质扩展，从而使<span>NSCB试件</span>断裂的耗散能量比值逐渐增大。<br>

关键词：煤岩交界面； 直切槽半圆盘弯曲(NSCB)； 分离式霍普金森压杆； 动态断裂； 能量耗散