岩石类材料的动态断裂与围压下爆生裂纹的实验研究

论文摘要

进行了多种岩石材料的三点弯曲动态断裂焦散线实验,用高速摄影仪记录了岩石材料的冲击断裂全过程,并对试件冲击断口进行SEM电镜扫描,发现天然岩石材料在动态断裂时存在和静态情况类似的亚临界扩展现象,并探讨了天然岩石材料焦散线实验难以成功的原因和岩石材料的动态断裂机理。建立了爆炸加载反射式焦散线实验系统,进行了类岩石材料—水泥石和人造石的爆炸致裂焦散线实验,研究了爆生裂纹在人造石和水泥石中的扩展规律。运用理论分析和实验室试验,分析了动态和静态组合应力场对裂纹的尖端效应,进行了不同围压约束方案下爆生主裂纹和爆生翼裂纹扩展行为的焦散线实验,分析了围压产生的静力场对爆生裂纹扩展行为的影响,探讨了爆生裂纹在动静组合应力场中的扩展规律。并运用非连续变形分析软件DDA对爆破模型实验进行数值模拟分析,探讨了不同动态应力场和静态应力场下裂纹的扩展情形。并对静态应力场中裂纹尖端的应力分布情况和组合应力场中裂纹起裂角度进行理论分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题提出及研究意义
• 1.2 课题研究进展
• 1.2.1 动态断裂力学理论的研究进展
• 1.2.2 焦散线实验的研究进展
• 1.2.3 动态断裂力学数值分析的研究进展
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 冲击载荷下岩石动态断裂的实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 岩石类材料冲击断裂焦散线实验
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 实验技术
• 2.2.3 材料选取
• 2.2.4 试件加工
• 2.2.5 实验过程
• 2.2.6 实验结果与分析
• 2.3 岩石类材料冲击断裂高速摄影实验
• 2.3.1 实验设备
• 2.3.2 实验一描述
• 2.3.3 实验二描述
• 2.3.4 实验分析与结论
• 2.4 试件冲击断口的SEM电镜扫描实验
• 2.4.1 SEM实验概述
• 2.4.2 实验描述
• 2.4.3 实验结论
• 2.5 岩石动态断裂的机理分析
• 2.6 本章小结
• 3 岩石类材料在爆炸载荷下断裂的焦散线实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 爆炸加载反射式焦散线实验系统的建立
• 3.2.1 主要实验设备
• 3.2.2 实验技术难点
• 3.2.3 实验系统的检验
• 3.3 类岩石材料的爆炸加载焦散线实验
• 3.3.1 人造石的焦散线实验
• 3.3.2 水泥石的焦散线实验
• 3.3.3 实验结论
• 3.4 本章小结
• 4 围压下爆生裂纹扩展规律的焦散线实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 动静组合应力场下介质的断裂过程分析
• 4.3 动静组合应力场对裂纹的尖端效应分析
• 4.3.1 静态应力场对裂纹尖端效应
• 4.3.2 动态应力场对裂纹尖端效应
• 4.3.3 动静组合应力场中的裂纹尖端效应
• 4.4 应力波的传播理论
• 4.4.1 应力波遇到边界面时的传播情况
• 4.4.2 应力波遇到张开节理面时的传播情况
• 4.4.3 应力波与运动裂纹的相互作用
• 4.5 含围压约束装置的焦散线实验系统
• 4.5.1 实验设备
• 4.5.2 实验步骤
• 4.6 围压下爆生主裂纹扩展规律的焦散线实验
• 4.6.1 实验描述
• 4.6.2 实验结果与分析
• 4.6.3 实验结论
• 4.7 围压下爆生翼裂纹扩展规律的焦散线实验
• 4.7.1 切槽方向与节理成90°实验
• 4.7.2 切槽方向与节理成45°实验
• 4.7.3 实验结论
• 4.8 本章小结
• 5 爆破模型实验的数值计算研究
• 5.1 引言
• 5.2 不同围压方案下裂纹尖端应力场分析
• 5.3 裂纹起裂方向分析
• 5.4 爆破模型试验的DDA数值计算分析
• 5.4.1 DDA基本原理介绍
• 5.4.2 DDA中爆炸加载与裂纹扩展的实现原理
• 5.4.3 数值模型建立
• 5.4.4 计算结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在学期间发表的学术论文
• 在学期间参加科研项目
• 主要获奖