軟弱巖石在動(dòng)載作用下的力學(xué)性能及本構(gòu)模型研究.pdf

1、在深井開(kāi)采中，巖體常常受到動(dòng)態(tài)載荷擾動(dòng)，如掘進(jìn)爆破、巖板斷裂等動(dòng)力擾動(dòng)，這些動(dòng)力擾動(dòng)常導(dǎo)致采場(chǎng)和巷道圍巖的局部失穩(wěn)，誘發(fā)沖擊礦壓和瓦斯突出。為了研究這些擾動(dòng)對(duì)巖體所產(chǎn)生的破壞機(jī)理以及如何采取合理的抗爆設(shè)計(jì)措施，需要充分掌握巖石在動(dòng)載作用下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、本構(gòu)關(guān)系，特別是巖石在動(dòng)載作用下的本構(gòu)關(guān)系，它是研究應(yīng)力波的傳播規(guī)律、抗爆設(shè)計(jì)等所必需的資料。因此，研究深井軟巖材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及本構(gòu)關(guān)系具有重要意義。
　　為研究動(dòng)載作用下的深

2、井軟弱巖石的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、本構(gòu)關(guān)系，本文利用分離式霍布金森實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)泥巖、砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖三種典型軟弱巖石進(jìn)行單軸動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，深井軟弱巖石在動(dòng)載下彈性模量、破碎尺寸及動(dòng)載強(qiáng)度有顯著的應(yīng)變率效應(yīng)。現(xiàn)有的過(guò)應(yīng)力模型及朱王唐模型能夠反映這些本構(gòu)曲線特點(diǎn)，但這兩種模型存在一定的不足，因此需要進(jìn)一步的改進(jìn)。
　　本文對(duì)過(guò)應(yīng)力本構(gòu)模型方程做了兩點(diǎn)改進(jìn)，進(jìn)而建立簡(jiǎn)化的損傷型過(guò)應(yīng)力模型本構(gòu)方程。第一，根據(jù)1-E(t)

3、/E0的變化量與應(yīng)變率和應(yīng)變之間的函數(shù)關(guān)系，采用無(wú)量綱分析法對(duì)修正的過(guò)應(yīng)力模型本構(gòu)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化。第二，考慮動(dòng)載作用下?lián)p傷對(duì)巖石動(dòng)載強(qiáng)度的影響，將連續(xù)損傷理論和統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度理論引入到簡(jiǎn)化的過(guò)應(yīng)力模型本構(gòu)方程。對(duì)于朱王唐模型的改進(jìn)，本文是以朱王唐模型為基礎(chǔ)，采用損傷體代替朱王唐模型中的彈性元件而建立的一種損傷型粘彈性動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型方程。
　　為了說(shuō)明兩種改進(jìn)模型方程的合理性，采用改進(jìn)的過(guò)應(yīng)力模型本構(gòu)方程及損傷型粘彈性動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型方程對(duì)實(shí)測(cè)深