爆生氣體作用下巖石裂紋擴(kuò)展機(jī)理與數(shù)值模擬.pdf

1、巖石爆破損傷斷裂過程是一個(gè)復(fù)雜的過程。由于巖石材料的非均勻性及各向異性,理論上很難對(duì)其構(gòu)成特征作準(zhǔn)確地描述;由于外載荷作用下微缺陷以及宏觀裂紋之間相互作用的復(fù)雜性,現(xiàn)有的解析方法尚缺少有效的手段對(duì)此進(jìn)行研究;而且由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試手段的局限性,還不能對(duì)爆破破裂過程細(xì)觀層次結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行全場(chǎng)測(cè)量,特別是不能對(duì)非均勻的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行精確觀測(cè)。因而,盡可能了解巖石爆破損傷斷裂機(jī)理,并利用數(shù)值模型模擬巖石的復(fù)雜性質(zhì),進(jìn)而模擬爆破發(fā)生裂紋發(fā)展的全過

2、程,是爆破理論與技術(shù)發(fā)展的主要課題之一。本文以巖石斷裂力學(xué)和損傷理論為基礎(chǔ),研究巖石在爆炸應(yīng)力波動(dòng)作用和爆生氣體準(zhǔn)靜態(tài)作用下的損傷斷裂機(jī)理。深入的分析爆生氣體的準(zhǔn)靜態(tài)作用對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響,認(rèn)為爆破工程中,裂紋的擴(kuò)展、巖石的破碎主要是由于爆生氣體的作用,爆生氣體是巖石內(nèi)裂紋擴(kuò)展的主要原因。在此基礎(chǔ)上,對(duì)爆生氣體準(zhǔn)靜態(tài)作用下巖石裂紋擴(kuò)展過程進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算?；趯?duì)巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),考慮巖石的非均勻性,將巖石材料性質(zhì)通過某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律來描述

3、——按照某個(gè)給定的威布爾分布和正態(tài)分布來賦值。建立了一個(gè)從細(xì)觀層次上分析巖石破裂過程的非均勻模型,對(duì)巖石非均勻性及初始地應(yīng)力對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響進(jìn)行分析。經(jīng)過計(jì)算可知,均質(zhì)度系數(shù)是表征巖石材料細(xì)觀差別的性質(zhì)參數(shù),也是決定巖石宏觀力學(xué)性質(zhì)的內(nèi)在因素;在地應(yīng)力已知的情況下,初始裂紋與最大水平地應(yīng)力方向夾角越小,裂紋的擴(kuò)展長(zhǎng)度越大,夾角越大裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度越小,裂紋擴(kuò)展總長(zhǎng)度也隨地應(yīng)力的增大而減小。因而,高地應(yīng)力條件下,其它地質(zhì)條件相同時(shí),巖石更難爆