含不连续面岩体爆炸加载试验研究

论文摘要

岩体中广泛存在的不连续面对岩石爆破破碎过程中应力波传播、裂隙扩展等均产生影响,因此含不连续面岩石的爆破破碎与均质情况存在较大差异,其最终的破碎结果受自身所含不连续面控制。本文在理论分析的基础上进行了试验研究,并利用AUTODYN 2D对部分试验结果进行了数值模拟。可为进一步研究不连续面岩石爆炸载荷下动态力学性质提供参考。本研究运用波动理论对含不连续面岩石的力学特点进行了理论分析,探讨了爆炸荷载下岩石损伤的分布规律,并对爆炸加载后垂直和平行于不连续面两个方向的损伤特点进行了分析。在此基础上,运用莫尔强度理论,对可能出现的不连续面损伤区域进行了确定,并从理论上探讨了当岩石只含一组和含两组不连续面情况下不连续面的优势破坏方向。本文还结合分析结果进行了相关的模拟试验,对相关理论分析进行了验证。本研究还通过含不连续面岩石试件爆炸加载前后的超声波测试,建立了层状岩石损伤及破碎的特点与其声学特性的关系。同时还对损伤岩石进行了细观观察,初步掌握含不连续面岩石在爆炸载荷下损伤的特点及分布规律。本论文还对含不连续面岩石爆炸加载损伤进行了数值模拟,结果较好地描述了爆炸载荷下层状岩石损伤演化规律,再现了爆炸载荷下层状岩石损伤的变化过程。本论文取得的认识和研究成果主要集中在以下两方面:1.含不连续面岩石爆破破碎时,不连续面间距与其夹角对岩石爆破破碎的影响,并对其影响原因进行了理论分析和试验研究。2.层状岩石在爆炸加载下,损伤特点及分布规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 岩石爆破破碎研究简述
• 1.2.1 岩石爆破破碎基本特性
• 1.2.2 爆炸加载下岩石的内部破碎
• 1.2.3 爆炸加载下岩石的外部破碎
• 1.2.4 岩体中不连续面对爆破破碎的影响
• 1.3 含不连续面岩体爆破破碎研究状况
• 1.3.1 含不连续面岩体爆破破碎国外研究状况
• 1.3.2 含不连续面岩体爆破破碎国内研究状况
• 1.4 本文研究的主要内容和意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 1.4.3 研究意义
• 2 爆炸荷载下含一组不连续面岩体的力学效应
• 2.1 含不连续面岩体动载下的本构关系
• 2.2 应力波传播对不连续面开裂扩张的影响
• 2.2.1 应力波运动方程
• 2.2.2 应力波在不连续面上的反射与透射
• 2.3 集中药包激起的应力波及不连续面破裂
• 2.3.1 集中药包应力波运动方程
• 2.3.2 集中药包加载介质破裂特点
• 2.4 条形药包激起的应力波及不连续面破坏
• 2.5 本章小结
• 3 层状岩体物理特性及爆炸加载损伤试验研究
• 3.1 岩石的声学特性
• 3.2 含层状不连续面岩体的力学特性
• 3.3 内部加载试验及测试数据分析
• 3.3.1 测试系统
• 3.3.2 超声波测试
• 3.3.3 超动态应变测试
• 3.3.4 爆炸加载损伤岩石的观测分析
• 3.4 外部加载试验及测试数据分析
• 3.4.1 试验准备
• 3.4.2 爆炸加载试验
• 3.5 本章小结
• 4 含一组不连续面岩体爆炸加载数值模拟
• 4.1 数值模拟和相似原理
• 4.2 数值方法
• 4.3 介质模型
• 4.3.1 炸药的状态方程
• 4.3.2 岩石的状态方程
• 4.4 层状岩石损伤实验的数值模拟
• 4.4.1 计算模型
• 4.4.2 数值模拟结果及分析
• 4.4.3 数值模拟的可靠性分析
• 4.5 本章小结
• 5 含两组不连续面岩体力学分析及爆破破碎模拟试验
• 5.1 含两组不连续面岩体的破裂分析
• 5.2 试验方案
• 5.3 结果分析
• 5.3.1 混凝土试件的破裂
• 5.3.2 破碎块度
• 5.3.3 炮眼利用率
• 5.3.4 炸药单耗
• 5.3.5 炸药能量利用
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 认识和研究成果
• 6.2 不足和下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录一