爆生氣體作用下巖石裂紋擴展機理與數(shù)值模擬.pdf

1、巖石爆破損傷斷裂過程是一個復雜的過程。由于巖石材料的非均勻性及各向異性,理論上很難對其構成特征作準確地描述;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雜性,現(xiàn)有的解析方法尚缺少有效的手段對此進行研究;而且由于實驗設備、測試手段的局限性,還不能對爆破破裂過程細觀層次結構變化進行全場測量,特別是不能對非均勻的應力應變場進行精確觀測。因而,盡可能了解巖石爆破損傷斷裂機理,并利用數(shù)值模型模擬巖石的復雜性質(zhì),進而模擬爆破發(fā)生裂紋發(fā)展的全過

2、程,是爆破理論與技術發(fā)展的主要課題之一。本文以巖石斷裂力學和損傷理論為基礎,研究巖石在爆炸應力波動作用和爆生氣體準靜態(tài)作用下的損傷斷裂機理。深入的分析爆生氣體的準靜態(tài)作用對裂紋擴展的影響,認為爆破工程中,裂紋的擴展、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)裂紋擴展的主要原因。在此基礎上,對爆生氣體準靜態(tài)作用下巖石裂紋擴展過程進行了數(shù)值模擬計算?；趯r石細觀結構的認識,考慮巖石的非均勻性,將巖石材料性質(zhì)通過某種統(tǒng)計規(guī)律來描述

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