新拓三维DIC技术应用于岩石高速压缩力学特性分析

发表时间:2020-12-09 15:51

客户需求

研究采矿工程中开挖活动所影响的岩体力学,是采矿工程的重要步骤,它可以指导矿山建设和生产,防止或消除矿山压力及滑坡对生产和安全的危害,改善爆破设计,选择岩石破碎方案及矿体自然崩落的规律。

矿山岩石力学研究的对象是自然岩体,多为不连续面所切割、具有各自异性及非均质性的天然地质,在裂隙及孔隙含水含气的情况下,岩石所呈现的力学性能比较复杂。我国某知名大学矿业研究实验室为研究岩石力学发生破坏的机理,采用岩石高速压缩试验,分析岩石试件的强度、变形特性,为进一步认识和研究岩石力学特性提供数据支持。

检测挑战

矿产常赋存于恶劣的地质环境,必须考虑岩石各种应力的影响。

首先是矿山开采深度大,应考虑岩体自重应力,且矿床会受到近水平方向的巨大地质构造应力的作用。

其次是矿床开采自始至终都存在着矿山岩石力学问题,矿山生产中经常进行爆破,需考虑爆破的动力影响。

最后,矿山的服务年限有限,要求研究周期短,时间紧迫。

传统的岩石高速压缩试验,采用应变片进行应变测量。应变片具有高灵敏度和精度,缺点是偏向于点测量固定方向应变,不能实现全域测量。

如果被测物发生较大范围的变形或断裂,或者是大型的工程面测量,应变片对这些测量任务都无法胜任,无法准确测得应变最大区域。

三维光学测量方案

新拓三维XTDIC三维光学应变测量系统,不仅能满足一般的岩石压缩实验,得到岩石压缩全场应变和位移数据,而且还能满足小试样、大应变量等测试分析全域的应变大小和裂纹扩展跟踪等,大大丰富了岩石压缩测试的手段。

该大学实验室采用相似材料模拟法,模拟岩石性质的相似材料,通过高速压缩试验机加载,采用新拓三维XTDIC系统进行图像采集和数据分析,分析原型岩石在压缩过程中发生的力学现象及过程。

试验在刚性压力试验机上进行,刚性压力试验机由轴向位移和横向位移速率共同控制,设定轴向位移加载速率,以高速的加载速度对岩石试件进行加载。

试验的过程中,新拓三维XTDIC系统同步进行图像采集,由分析软件换算成对应的应力与应变数据传输到系统终端,保证数据的完整与准确。

数据分析

通过本次试验岩样加载结果,绘制并分析其单轴应力-应变试验曲线可知,岩石变形从试验机轴向加载自上而下变形量递减,轴向载荷与变形量呈线性关系。

方案价值

基于岩石高速压缩试验,该大学矿业研究实验室采用新拓XTDIC系统可获取岩石变形特征、应力应变曲线,实现了研究岩石在不同的含水、颗粒、层理、裂隙等状态下其表现的抗压强度、弹性模量和泊松比等。

矿山岩石力学的发展,与采矿工程是密切相联的。岩石力学的研究,对于矿山井巷及采场地压控制,岩爆发生机制及防治,开采井巷保安矿柱造成井巷及地表变形,深凹露天矿山高边坡稳定及加固措施等研究,都是非常有意义的,这些研究对于防止国家资源的损失具有非常实际的应用价值。


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