動力作用下巖體裂隙擴展機制的數(shù)值模擬研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文動力作用下巖體裂隙擴展機制的數(shù)值模擬研究NumericalStudyonCrackPropagationMechanismofRockunderDynamicLoading學(xué)號：212Q魚Q!壁大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，地下巖土工程的規(guī)模不斷擴大，各種復(fù)雜的巖體力學(xué)問題越來越受到重視。許多大型結(jié)構(gòu)工程的失穩(wěn)破壞都與爆炸、

2、沖擊等動荷載密切相關(guān)，如礦山開采、隧道爆破等。巖石是一種典型的準脆性材料，具有顯著的非均勻性，當動荷載達到巖石的強度極限時，能量會瞬間釋放并引發(fā)應(yīng)力重分布，使局部力學(xué)性質(zhì)迅速劣化，裂隙高速擴展，工程中如處理不當將可能引起重大工程事故并造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，研究動荷載作用下巖體裂隙的擴展具有重要的理論價值和實踐意義。本文采用巖石動態(tài)過程破裂分析系統(tǒng)RFPAdynamic，通過建立數(shù)值模型，對巖體在動荷載作用下裂紋擴展機制進行數(shù)值模擬研

3、究。具體內(nèi)容包括以下幾個方面：1通過閱讀相關(guān)文獻，歸納、概括了國內(nèi)外學(xué)者對于動荷載作用下巖體的破壞形式與裂隙擴展在理論、物理試驗和數(shù)值模擬等方面的研究現(xiàn)狀。2建立地應(yīng)力作用下巖體受到爆炸作用的二維數(shù)值模型，模擬了巖體在爆破荷載作用下裂紋萌生、擴展、貫通破壞的過程。討論了爆破應(yīng)力波峰值強度、應(yīng)力比和圍壓值大小對巖體破壞形式和裂紋擴展規(guī)律的影響。研究結(jié)果表明：(1)隨著K值由0、025、05、O75逐漸增大，巖體的破壞模式是近似的，最終都是

4、形成與最大壓應(yīng)力方向一致的兩條豎直方向的主裂紋，但是裂紋最終長度逐漸減小，說明應(yīng)力比越大，巖體越不容易發(fā)生破壞。(2)爆炸應(yīng)力波峰值對裂紋擴展有重要影響，峰值越大，裂紋擴展能力越強。(3)當應(yīng)力比K=I時，孔洞周圍出現(xiàn)四條互相垂直的主裂紋，且隨著圍壓值不斷增大，巖體內(nèi)初始應(yīng)力場改變，破壞由拉剪破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榧羝茐臑橹鳎罱K裂紋長度逐漸減小，圍壓大小對爆破裂紋擴展能力有明顯的抑制作用。3建立含單條預(yù)制裂隙巖石試樣的數(shù)值模型，模擬了在動荷載作用

5、下巖石試樣中預(yù)制的單條裂隙擴展過程，研究了應(yīng)力波波長、峰值以及預(yù)制裂紋傾角對裂紋擴展方式的影響，并討論了動力與靜力作用下的裂隙擴展差異。研究結(jié)果表明：(1)當應(yīng)力波波長相對很短時，在平行于預(yù)制裂紋上方萌生新的裂紋，長度與預(yù)制裂紋一致；當應(yīng)力波波長逐漸增大，在預(yù)制裂紋兩尖端產(chǎn)生垂直于預(yù)制裂紋的翼裂紋并逐漸向巖石試樣上下兩端發(fā)展；當應(yīng)力波波長增大到一定程度，巖石試樣的破壞模式與靜荷載作用下頗為接近。(2)巖石試樣的破壞程度隨著應(yīng)力波峰值的增