爆破震动作用下深井巷道围岩破坏特征研究

论文摘要

炸药爆炸对岩石的爆破作用是一个十分复杂的动态演化过程,现有的爆破破岩机理还无法得到很好的统一。爆破过程中爆破震动对围岩的影响仍然是一个比较复杂的课题,该问题涉及到爆炸力学、岩体力学、损伤力学以及断裂力学等多门学科。本文在爆破损伤断裂机理及爆破震动理论分析的基础上,比较分析了各岩石结构模型及岩石爆破损伤模型的优缺点;通过数值模拟给予岩体以定量描述的基础上,进一步分析了岩石的动态爆破损伤模型;分别对刘庄矿东三大巷和丰城矿东大巷进行了工业性实验研究,测定了多个掘进循环下爆破震动作用对围岩松动圈的影响大小;对比分析了在一次炸药量及其他条件基本相同的情况下爆破震动对硬岩和软岩松动圈影响程度的差异。利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对围岩在自重作用和爆破震动作用下的力学特性及损伤特性进行了数值模拟分析。首先利用ANSYS的隐式分析对围岩在自重作用下的损伤、力学特性进行了模拟,然后以此时的节点位移作为初始条件,利用LS-DYNA强大的显式分析功能模拟分析了爆破震动作用下围岩的损伤及力学特性,再与实测结果进行了对比分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 论文研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 爆破震动波研究现状
• 1.3.2 松动圈研究现状
• 1.4 本文研究的内容与方法
• 2 岩石爆破损伤断裂机理及爆破震动理论
• 2.1 引言
• 2.2 岩石损伤断裂机理研究
• 2.2.1 岩石损伤力学概述
• 2.2.2 岩石的细观结构特征
• 2.2.3 岩石裂纹的扩展分析
• 2.2.4 岩石细观结构模型
• 2.2.5 岩石的损伤断裂机理研究
• 2.3 爆破震动理论研究
• 2.3.1 爆破地震波简介
• 2.3.2 爆破地震效应影响因素分析
• 2.4 岩石爆破损伤模型及损伤断裂机理研究
• 2.4.1 岩石爆破损伤断裂过程
• 2.4.2 岩石爆破损伤断裂模型
• 2.4.3 岩石爆破损伤断裂机理研究
• 3 爆破震动下深井巷道围岩松动圈理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 深井巷道中的岩体特性
• 3.3 深井巷道围岩松动圈理论
• 3.3.1 巷道围岩松动圈概述
• 3.3.2 巷道围岩松动圈的形成
• 3.3.3 围岩松动圈的理论计算
• 3.3.4 围岩松动圈的灰色预测
• 3.4 爆破震动对围岩松动圈影响研究
• 3.4.1 爆破震动对围岩松动圈的扩展作用
• 3.4.2 爆破震动对围岩松动圈影响计算模型
• 4 爆破震动对围岩松动圈影响实测研究
• 4.1 围岩松动圈测试技术
• 4.2 声波法测试松动圈原理
• 4.3 爆破震动对松动圈影响实测研究
• 4.3.1 刘庄矿东三大巷松动圈实测
• 4.3.2 丰城矿东大巷松动圈实测
• 5 爆破震动对围岩影响数值模拟研究
• 5.1 引言
• 5.2 LS-DYNA 3D程序简介
• 5.2.1 LS-DYNA程序发展历程
• 5.3.2 LS-DYNA 970特点
• 5.3 LS-DYNA 3D程序计算原理
• 5.3.1 控制方程
• 5.3.2 应力波与人工体积粘性
• 5.3.3 材料模型及状态方程
• 5.4 数值模拟分析
• 5.4.1 模型的建立
• 5.4.2 静力计算模拟研究
• 5.4.3 动力计算模拟研究
• 5.5 本章小节
• 6 结论
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果