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初始应力下岩体爆破损伤特性及破裂机理

爆炸与冲击 2023年第10期43卷 150-171页

作者：马泗洲刘科伟杨家彩李旭东郭腾飞中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

钻爆法在岩体开挖工程中应用广泛,其工作效率与岩体结构及地质环境密切相关。初始应力会显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为及破坏特征,导致深部岩体超/欠挖等问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了不同初始应力下岩体的爆... 详细信息

钻爆法在岩体开挖工程中应用广泛,其工作效率与岩体结构及地质环境密切相关。初始应力会显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为及破坏特征,导致深部岩体超/欠挖等问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了不同初始应力下岩体的爆破损伤特性及破裂机理。基于弹性力学建立单孔爆破动静组合理论模型,分析了静态应力分布及动态应力演化特征,揭示了初始应力作用下岩体爆破损伤机制。通过经验公式及动态力学试验对RiedelHiermaier-Thoma(RHT)模型参数进行标定与修正,并结合室内爆破实验及理论结果对数值模型进行验证。此外,在单孔爆破数值模型中分析了爆炸压力演化规律、裂纹扩展行为及分形特征,结果表明数值模拟结果可以较好地论证理论模型的合理性。研究发现:环向拉应力是影响爆破裂纹扩展的重要因素,当初始应力较大时,合理调整环向应力分布可改善岩体爆破碎裂效果,实际工程中可结合预裂技术进行地压调控改变应力分布。

关键词：初始应力岩体爆破理论模型数值模拟裂纹扩展分形维数

考虑初始应力的混凝土重力坝水下爆炸毁伤特性研究

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振动与冲击 2022年第11期41卷 133-140页

作者：王高辉高政卢文波陈叶青吕林梅武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 军事科学院国防工程研究院北京100850

水下爆炸冲击荷载由于持续时间短、峰值大,对大坝结构的冲击毁伤破坏往往在短时间内完成,故已有的大坝抗爆防护研究中均忽略了大坝初始应力的影响。采用显隐转换技术,实现了大坝初始应力状态从隐式静力分析到显式动力分析的平稳过渡;通... 详细信息

水下爆炸冲击荷载由于持续时间短、峰值大,对大坝结构的冲击毁伤破坏往往在短时间内完成,故已有的大坝抗爆防护研究中均忽略了大坝初始应力的影响。采用显隐转换技术,实现了大坝初始应力状态从隐式静力分析到显式动力分析的平稳过渡;通过建立考虑初始应力的混凝土重力坝水下接触和非接触爆炸全耦合模型,分析了不同初始应力状态下大坝动态响应特性,分别探讨了重力和静水压力等初始应力对混凝土重力坝水下爆炸毁伤特性的影响,给出了考虑初始应力状态后的大坝水下接触和非接触爆炸毁伤破坏模式。研究结果表明:初始应力会加重坝身冲切破坏,而减轻上游坝面爆炸成坑破坏和坝踵拉伸破坏。

关键词：混凝土重力坝水下爆炸初始应力毁伤特性动态响应

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初始应力下巷道围岩瞬态P波扰动响应研究

工程爆破 2023年第3期29卷 8-16页

作者：陶明郭陈响赵瑞中南大学资源与安全工程学院长沙410083

为了解决工程现场中动态扰动对巷道围岩稳定性造成影响的问题,揭示动力扰动对地下结构破坏的理论机理,基于波函数展开法,求解了无初始应力状态下圆形巷道周边的动态应力分布。并通过LS-DYNA有限元软件研究了弹性巷道围岩中初始应力对动... 详细信息

为了解决工程现场中动态扰动对巷道围岩稳定性造成影响的问题,揭示动力扰动对地下结构破坏的理论机理,基于波函数展开法,求解了无初始应力状态下圆形巷道周边的动态应力分布。并通过LS-DYNA有限元软件研究了弹性巷道围岩中初始应力对动态应力集中的影响。在垂直方向应力为30 MPa和孔洞轴向方向应力为10 MPa条件下,分别取不同侧压系数,得到在无初始应力状态下和有初始应力状态下的圆形巷道周边的动态应力集中因子(DSCF)以及动态应力放大系数(DSAF)的分布。研究表明初始应力对圆形巷道动态响应的影响并不是简单的线性叠加,而是一个动态的应力平衡过程;初始应力状态下,DSCF的分布与无初始应力分布大致相同,在侧压系数为1时,孔边的最大DSCF较无初始应力状态下的增大了0.3左右;在初始应力状态下,孔边的应力变化会出现不规律的波动,在动载应力下降段,孔边将出现主应力的偏转和应力释放,导致急剧的应力变化;孔洞周边围岩的DSAF随侧压系数的增大而减小。

关键词：初始应力数值模拟动态应力集中因子动态应力放大系数

初始应力对应力波传播及块体运动规律影响研究

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岩石力学与工程学报 2009年第A2期28卷 3442-3446页

作者：范新王明洋施存程第二炮兵指挥学院湖北武汉430012 解放军理工大学工程兵工程学院江苏南京210007

借助理论模型和试验测试结果分析初始应力对岩石弹性波速的影响,运用数值模拟手段对比研究爆炸扰动作用下不同初始应力时的应力波形状,包括质点应力、位移和速度,得到初始应力对应力波传播影响的一般规律。建立构造块体在爆炸扰动下的... 详细信息

借助理论模型和试验测试结果分析初始应力对岩石弹性波速的影响,运用数值模拟手段对比研究爆炸扰动作用下不同初始应力时的应力波形状,包括质点应力、位移和速度,得到初始应力对应力波传播影响的一般规律。建立构造块体在爆炸扰动下的运动模型,通过对模型的计算和分析,研究不同初始应力下单个块体的相对位移。研究结果表明:(1)在低初始应力下,岩石中的弹性波速随压力增大而迅速增大,增大的梯度在低应力下较高,在高应力下趋于一常数值;(2)当初始应力增大时,相同距离处的峰值径向应力和峰值位移会降低,而且衰减较快,波形变窄;(3)块体间的相对位移与初始应力的大小成反比。

关键词：岩石力学初始应力应力波传播块体运动数值模拟

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初始应力各向异性的边界面方程

东南大学学报（自然科学版） 2004年第3期34卷 379-381页

作者：施建勇雷国辉宋雄伟艾英钵河海大学岩土工程研究所南京210098

由于初始应力状态的非对称性 ,土体的边界面形状不应该像剑桥模型那样是关于平均球应力轴对称的 .根据土体受力后将发生剪切和压缩 2部分组合变形的现象分别给出由摩擦引起和由体积压缩引起的塑性功 ,引入塑性功权系数C ,以塑性能量平... 详细信息

由于初始应力状态的非对称性 ,土体的边界面形状不应该像剑桥模型那样是关于平均球应力轴对称的 .根据土体受力后将发生剪切和压缩 2部分组合变形的现象分别给出由摩擦引起和由体积压缩引起的塑性功 ,引入塑性功权系数C ,以塑性能量平衡方程为基础 ,导出了初始应力状态非对称条件下的边界面方程 .通过与试验结果的对比分析 ,得到土体受压时塑性功中摩擦为主和拉伸时体积塑性功为主的规律 ,并提出确定权系数的初步建议 .

关键词：初始应力各向异性边界面权系数

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考虑初始应力的水泥环完整性模型及软件

考虑初始应力的水泥环完整性模型及软件

作者：贾鹏洋中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

固井水泥环是井筒屏障的重要组成部分,其密封完整性对保障油气井安全高效生产具有重要意义。建立套管、水泥环、地层组合体力学模型,从而计算水泥环在井下的应力状态、对水泥环可能出现的密封失效形式及风险进行预判,是采取针对性措施... 详细信息

固井水泥环是井筒屏障的重要组成部分,其密封完整性对保障油气井安全高效生产具有重要意义。建立套管、水泥环、地层组合体力学模型,从而计算水泥环在井下的应力状态、对水泥环可能出现的密封失效形式及风险进行预判,是采取针对性措施、保障水泥环完整性的前提。目前建立的模型主要考虑压裂、生产等单一工况下水泥环的应力计算,并未完整考虑建井过程对水泥环应力状态的影响。同时,对初始应力状态的研究集中在单层套管、水泥环、地层组合体,仅适用于裸眼段水泥环的计算。针对上述问题,本研究建立了一套考虑建井过程的多层套管的井筒组合体力学模型。该模型以一开注水泥完成时的水泥浆应力状态作为初始阶段,对后续施工每一阶段的水泥环应力增量均进行建模,从而得到不同阶段、不同开次水泥环应力状态;提出了密封安全系数评价方法,对每一开次的水泥环在不同工况下的密封失效风险进行评估。并使用C#语言编写了水泥环完整性分析软件,具备不同阶段水泥环应力状态计算及密封失效风险计算能力。最后,结合一口井的实际数据对水泥环全过程应力状态进行计算,分析了不同初始应力状态条件下水泥环密封失效风险,根据计算出的失效形式及风险,提出保障水泥环完整性的对策及建议。

关键词：初始应力建井过程多层套管水泥环温度压力安全系数法

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初始应力条件下爆破机理的动光弹实验研究

煤炭学报 1999年第6期24卷 611-614页

作者：刘殿书王万富杨吕俊谢夫海中国矿业大学北京校区北京100083 北京市第六住宅建筑工程公司北京100050

以最新的激光动光弹为实验手段，对初始应力条件下的爆破应力波的传播过程进行了实验研究．结果表明，初始应力影响着应力波形的传播过程，且不同的初始应力对应力波形的传播过程的影响也不相同．

关键词：激光动光弹应力波初始应力爆破机理

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初始应力及磁场作用下导电粘弹体内的平面波

地球物理学报 1983年第2期26卷 123-130页

作者：郭自强中国科学技术大学地球及空间科学系

本文研究初始应力及磁场作用下导电粘弹体内的波动特性。首先导出有初始应力及磁场作用下导电粘弹体运动的基本方程,然后用它去研究流体静压力及单轴初始应力下波动方程的解,从平面简谐波的频散方程,分析了初始应力及磁场对波动传播的... 详细信息

本文研究初始应力及磁场作用下导电粘弹体内的波动特性。首先导出有初始应力及磁场作用下导电粘弹体运动的基本方程,然后用它去研究流体静压力及单轴初始应力下波动方程的解,从平面简谐波的频散方程,分析了初始应力及磁场对波动传播的影响。粘弹体用Kelvin-Voigt模型,外磁场假定为均匀。所得结果表明,初始应力对波的影响随应力性质不同而有所差异,它既影响波的相速也影响波的衰减。磁场影响的大小决定于外磁场的强弱。从本文所得公式中,令外磁场为零,可得初始应力对波特性的影响;如令初始应力为零,就得到磁场对波的影响结果;令两者同时为零,即得粘弹波的经典结果。

关键词：初始应力粘弹体外磁场磁场影响磁场作用平面波地震波

平面应变加、卸荷条件下考虑初始应力的原状黄土强度与变形特性试验研究

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土木工程学报 2019年第5期52卷 90-100页

作者：张玉邵生俊刘瑾丁潇佘芳涛梁昕宇西安工业大学陕西西安710032 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室陕西西安710048 西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048

针对黄土工程中的众多平面应变加、卸载问题,利用平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪,模拟黄土原位沉积方向及不同初始应力状态,在不同围压下对不同初始应力状态原状黄土进行竖向加载和侧向卸载平面应变试验,揭示不同初始应力状态原... 详细信息

针对黄土工程中的众多平面应变加、卸载问题,利用平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪,模拟黄土原位沉积方向及不同初始应力状态,在不同围压下对不同初始应力状态原状黄土进行竖向加载和侧向卸载平面应变试验,揭示不同初始应力状态原状黄土在加、卸载不同应力路径条件下的强度和变形特性。研究结果表明:两种应力路径条件下的应力应变曲线均呈硬化型,加载曲线均高于卸载,加载强度大于卸载强度,但卸载时,土的强度发挥较快。剪切过程中,黄土的侧向变形与竖向变形均呈非线性关系。竖向加载时,土的初始应力状态k值对土强度和变形的影响与固结围压的大小关系紧密;侧向卸载时,k值的增大可以限制侧向变形的发展。竖向加载条件下的体积应变均为剪缩,侧向卸载时均为剪胀。加、卸载条件下p-q平面内的破坏强度线基本一致,近似呈线性关系。侧向卸载条件下土体破坏时的应变远小于竖向加载和常规三轴试验。随着k值的增大,加、卸载应力路径时,黏聚力均线性减小,内摩擦角均线性增大。

关键词：原状黄土初始应力平面应变试验强度变形