岩石颗粒破碎的尺寸效应

岩石颗粒破碎的尺寸效应*

徐永福①② 王益栋① 奚 悦① 褚飞飞②

【摘 要】摘 要 固体颗粒破碎强度的“尺寸效应”是一种普遍存在的现象，冰块、岩石颗粒、陶瓷和混凝土块等的破碎强度都表现出随颗粒直径增加而减小的现象，分形模型为解释固体颗粒破碎强度的“尺寸效应”提供了可行的方法。本文采用Steacy 和Sammis 分形模型模拟了岩石颗粒压碎特征，分析岩石颗粒破碎后的颗粒分布规律，给出颗粒破碎分维的确定方法，建立颗粒压碎强度与粒径的理论关系，颗粒破碎强度与颗粒粒径的关系用分维D 表示为σf ∝dD－3。已有的颗粒破碎分布的数据表明，岩石颗粒破碎的分维大约为2.50 ～2.60，颗粒破碎强度符合用分维表示的尺寸效应。 【期刊名称】工程地质学报 【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】5

【关键词】关键词 岩石颗粒 颗粒破碎 尺寸效应 分维

0 引 言

岩石颗粒破碎是影响岩堆体剪切强度和变形的最主要因素[1，2]，岩石颗粒的破碎现象在实际工程中经常见到，无论多么坚硬的岩石颗粒在接触点处应力很小时就可能产生破碎[3，4]。Mitchell 等[5]指出，颗粒破碎时接触点的应力大约为10MPa。岩石颗粒破碎可以用分形模型描述[6，7]。Steacy 等[7]采用立方体破碎的分形模型模拟了岩石颗粒破碎，均匀颗粒经过破碎后最终形成分形分布，颗粒分布分维的理论值为log6/log2≈2.585。Palmer 等[8]根据冰粒破碎特点，建立了冰粒等固体颗粒破碎的分形模型，给出冰粒破碎的分维(D)与破