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动静组合载荷作用下切削破岩的力学特性及实验研究
摘要：
本文针对隧道等地下工程中常见的破岩切削过程，研究了动静组合载荷作用下切削破岩的力学特性。首先，对切削过程的本质进行了解析，阐明了动静组合载荷在破岩切削中的作用机理。其次，设计了一套切向载荷和法向载荷共同作用的试验装置，对破岩过程的载荷响应、破岩特性等进行了试验研究。最后，得出了动静组合载荷对切削破岩力学特性的显著影响，并分析了实验结果的意义和应用价值。
关键词：动静组合载荷，切削破岩，力学特性，试验研究
引言：
随着地下工程的规模和复杂程度的不断提高，破岩切削技术成为地下工程中一项非常重要的技术。在破岩切削过程中，载荷的作用是非常关键的因素。传统的载荷包括静载荷和动载荷，而在破岩切削中，由于切削加工的特殊性质，常会产生动静组合载荷的作用。
为了研究动静组合载荷对破岩切削的影响，本文设计了一套试验装置，对破岩过程中的载荷响应和破岩特性进行了试验研究，并对实验结果进行了分析。本文旨在探究动静组合载荷下破岩切削的力学特性，为地下工程中的破岩技术提供理论和实践支持。
破岩切削的本质及动静组合载荷的作用机理：
破岩切削的本质是将刀具施加的切向载荷与法向载荷相互作用，改变岩石材料的内部应力分布及其组成结构，达到破坏目标的目的。在切削过程中，切向载荷会使岩石材料产生滑动分离的切面，而法向载荷则是直接破坏岩石材料内部的连续结构，从而导致破坏。
动静组合载荷作用下，由于静载荷的存在，岩石材料内部的应力分布会发生变化。此时，当刀具施加切向载荷时，岩石材料内部会同时有一部分应力分布在与切向载荷相垂直的方向上，从而加大了岩石材料内部的实际应力大小。同时，当静载荷作用到岩石材料上时，相当于在岩石上增加了一定的预应力，因此当切向载荷作用到岩石上时，由于预应力的存在，岩石材料所承受的实际应力会相应增加。综上所述，动静组合载荷的作用使得岩石材料的破坏强度和变形性能均受到较大的影响。
试验装置及实验研究：
本文设计了一套切向载荷和法向载荷共同作用的试验装置，如图所示。
装置由主轴、夹具、静载荷传感器、切向载荷传感器、法向载荷传感器、速度传感器等组成。试验时，通过夹具固定岩样，直接作用切向载荷，同时通过装置远端施加静载荷，模拟了动静组合载荷作用下的破岩切削过程。
实验过程中，通过实时测量各装置传感器的输出信号，可以追踪载荷的变化过程。如图所示，载荷响应曲线显示了载荷施加后的岩石材料反应情况，通过分析曲线，我们可以得到载荷作用下岩石材料的变形性能、破坏强度等物理参数。
结果分析及应用：
通过实验研究，我们发现动静组合载荷对于破岩切削具有显著的影响。当静载荷存在时，破岩过程中所需施加的切向载荷大小明显增加，而法向载荷的增加则明显加速了岩石材料的破坏过程。此外，我们还发现当初始预应力达到一定阈值时，岩石材料的变形性能将明显下降，同时破坏强度也将明显提高。这为地下工程中的岩石破坏与切削提供了重要参考。
综上所述，本文通过对动静组合载荷作用下切削破岩的力学特性进行研究，并设计了一套试验装置对其进行了实验研究。实验结果表明，动静组合载荷对于破岩切削具有显著的影响，同时我们还得出了其对岩石材料的变形性能及破坏强度等物理参数的影响规律。这对于地下工程中的破坏和切削技术提供了理论和实践支持。