采矿与安全工程学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (6): 1423-1433.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0153

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超声振动参数变化对砂岩损伤破裂效果影响研究

张磊,张东升,王旭锋,张君华,牛志军,钱辰龙,骆韬   

  1. 中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221116
  • 出版日期:2025-11-15 发布日期:2025-11-20
  • 通讯作者: 张东升,E-mail: dshzhang123@126.com,Tel: 13182307782
  • 作者简介:张磊(1992— ),男,江苏省如皋市人,博士,讲师,从事岩石高效破碎方面的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2024YFC3909302);国家自然科学基金项目(52404150,52374146);中央高校基本科研业务费专项资金项目(2025-KJJC-B02)

Study on the effect of ultrasonic vibration parameter variations on damage and fracturing behavior of sandstone

  • Online:2025-11-15 Published:2025-11-20

摘要: 为探究振动参数变化对红砂岩试样损伤破裂效果的影响,综合采用超声振动破岩试验、理论模型构建与PFC数值模拟相结合的方法,系统研究超声振动激励岩石过程中不同静载、频率、振幅、围压等参数下岩石力学响应、宏-细观损伤破坏以及能量耗散规律。结果表明:静载提升了岩体的整体变形位移量,其作用效果在侵入深度与破坏深度上呈现出明确的正相关性。振动频率的升高,加速了摩擦能与塑性变形能的累积过程,提高了载荷面附近裂纹发育密度;振幅增大显著提高了岩石颗粒间的拉伸应力水平并加剧了载荷面区域碎屑剥离速率,导致岩石侵入深度与裂纹分布范围明显扩展;围压增加显著提高裂纹扩展所需克服的能量阈值,有效抑制裂纹沿振动主导方向的扩展行为。研究结果揭示了各振动参数对岩石破裂机制的差异性影响,为超声振动破岩工艺参数的优化提供了理论依据与实践参考。

关键词: 超声振动, PFC数值模拟, 力学响应, 损伤破裂, 能量耗散

中图分类号: