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应力波形对岩石爆生裂纹扩展机制影响的数值模拟

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工程科学学报 2022年第12期44卷 2057-2068页

作者：李永祺梁正召钱希坤刘红波大连理工大学土木工程学院大连116024 中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043 大连市市政设计研究院有限责任公司大连116011

运用RFPA^(3D)动力分析软件模拟了冲击动力作用下含预制裂纹岩石的裂纹扩展过程,探究了应力波峰值、能量、上升及下降速率对岩石裂纹扩展过程的影响.研究表明动载下岩石裂纹扩展形态受应力波上升速率影响,应力波上升速率越快,孔周边岩... 详细信息

运用RFPA^(3D)动力分析软件模拟了冲击动力作用下含预制裂纹岩石的裂纹扩展过程,探究了应力波峰值、能量、上升及下降速率对岩石裂纹扩展过程的影响.研究表明动载下岩石裂纹扩展形态受应力波上升速率影响,应力波上升速率越快,孔周边岩石越破碎;应力波能量影响裂纹扩展长度,能量越大裂纹扩展越长,而相同能量条件下,应力波上升速率越小,裂纹扩展距离越远,但孔边破碎程度越弱;上升速率和应力波上升沿能量共同影响着炮孔粉碎区半径.数值模拟结果很好地揭示了不同应力波峰值、能量与上升/下降速率对岩石的破碎机制,在实际爆破作业中可以通过水炮泥封口或者采用空气柱间隔装药结构来延长应力波作用时间,以达到扩大爆破影响范围的目的,而通过选取合适类型与配比的炸药来提升应力波上升速率从而增强孔边破碎效果.

关键词：爆炸动载波形预制裂纹岩石裂纹三维数值模拟

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爆炸动荷载对加锚洞室的扰动效应研究

爆炸动荷载对加锚洞室的扰动效应研究

作者：郭闪闪南华大学

学位级别：硕士

随着经济的飞速发展,人们对地下空间的开发和利用成为当今的发展趋势。隧道和巷道的爆破开挖产生的爆炸应力波会对锚固系统和洞室围岩带来一定的损伤和破坏,直接影响洞室的安全和稳定性,是当今岩石力学研究中的难点和热点课题。本文依据... 详细信息

随着经济的飞速发展,人们对地下空间的开发和利用成为当今的发展趋势。隧道和巷道的爆破开挖产生的爆炸应力波会对锚固系统和洞室围岩带来一定的损伤和破坏,直接影响洞室的安全和稳定性,是当今岩石力学研究中的难点和热点课题。本文依据Froude相似模型理论,制作并加工完整和节理岩体的加锚洞室;根据应力波传播理论,利用快速傅利叶变换的方法,研究了节理岩体中应力波传播和能量衰减;对加锚洞室的锚固体系进行动力分析,运用现代化信号处理技术,分析了扰动荷载作用下锚固洞室锚杆及洞室的动力响应;根据爆破冲击和岩体损伤理论,研究了爆破荷载作用下,完整和节理洞室的损伤积累以及洞室的破坏特征。通过模型试验和理论分析,得到的主要成果如下:(1)通过对时程信号进行快速傅里叶变换,分析了应力波在节理岩体中的传播规律和能量衰减。应力波在节理岩体中传播时,会发生多次透反射作用,由于节理的阻隔作用,导致其能量不断衰减。穿过节理后的时程信号的峰值都不是在刚起跳时达到最大,而是起跳后的一段时间先后出现峰值;应力波穿过节理前后测试信号的频谱曲线发生明显变化,信号的高频成分逐渐被吸收,主频和频域内最大振幅逐渐减小,二者均呈非线性降低趋势。(2)通过分析锚固洞室的应变和加速度时程曲线,研究了扰动荷载作用下锚杆和洞室的响应。不同部位的锚杆应变峰值均在锚杆的中间点附近,尾部次之,端部最小;锚杆受到爆炸应力波的冲击作用,开始出现一个应变峰值,随后由于受到洞室和模型界面的反透射波的作用,会出现更大的二次应变峰值;拱顶受到直接冲击作用,围岩迅速被压密,产生较小的负位移,围岩压密的过程结束后,整个拱顶开始有向下的位移,并且逐渐增大。(3)根据爆破冲击和岩体损伤理论,研究了爆破荷载作用下,完整和节理洞室的损伤积累以及洞室的破坏特征。预裂爆破时洞壁仅产生微裂隙,锚杆周围没有岩体损伤,围岩没有明显的裂隙。强爆破震动时洞壁微裂隙迅速发展为贯穿的裂缝,拱顶锚杆应变远远大于其他部位,围岩有几条贯穿的主裂缝。完整洞室的拱顶产生明显的裂缝贯穿到模型顶部,拱圈外部围岩和直墙底部都有贯穿的斜裂缝;节理洞室拱顶围岩呈现水平贯穿的裂缝,裂缝在层状节理覆盖区域水平发展,节理区域外呈指向模型边缘贯穿的斜裂缝。由于层状节理影响岩体的抗拉强度,巷道的损伤程度明显比完整洞室的严重。

关键词：岩石力学爆炸动载层状节理加锚洞室扰动效应

爆炸条件下预应力锚索锚固洞室变形及破坏特征模型试验研究

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防护工程 2013年第3期35卷 10-16页

作者：沈俊顾金才张向阳陈安敏徐景茂总参工程兵科研三所洛阳471023

针对深钻地武器爆炸对地下洞室造成的威胁，采用模型试验的方法对全长黏结式锚索与自由式锚索锚固洞室的抗爆性能进行了研究，获得了不同锚固洞室在爆炸动荷载作用下的拱顶变形规律，测量了其宏观破坏尺寸。试验结果表明：随着爆炸荷载... 详细信息

针对深钻地武器爆炸对地下洞室造成的威胁，采用模型试验的方法对全长黏结式锚索与自由式锚索锚固洞室的抗爆性能进行了研究，获得了不同锚固洞室在爆炸动荷载作用下的拱顶变形规律，测量了其宏观破坏尺寸。试验结果表明：随着爆炸荷载的增大，锚固段与自由段之间岩体的变形逐渐增大；与其他型式锚索加固作用相比，自由式锚索的锚固作用越来越弱，加固洞室的破坏程度趋于严重；当爆炸荷载较大时，全长黏结式锚索的锚固效果发挥出来，抗爆效果明显优于自由式锚索加固洞室的抗爆效果。

关键词：爆炸动载地下洞室锚索模型试验

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应力波传播及岩土动态响应研究

化工矿物与加工 2019年第10期48卷 1-4页

作者：唐红欧阳健王照刚武汉科技大学城市建设学院武汉科技大学资源与环境工程学院

针对侧爆应力波在围岩中的传播及巷道动态响应研究问题,采用FLAC;软件对巷道围岩中的应力波传播进行了监测,并对巷道的振动速度和位移进行了分析。结果表明:在爆炸动载作用后,巷道围岩中的应力波在巷道周围产生了绕射现象,巷道周围的应... 详细信息

针对侧爆应力波在围岩中的传播及巷道动态响应研究问题,采用FLAC;软件对巷道围岩中的应力波传播进行了监测,并对巷道的振动速度和位移进行了分析。结果表明:在爆炸动载作用后,巷道围岩中的应力波在巷道周围产生了绕射现象,巷道周围的应力集中区呈"C"型分布,巷道右帮和拱顶的振动速度和位移较大,其变化规律在一定程度上反映了应力波作用下的应力集中区分布。研究结果与现有文献试验研究结果相吻合,验证了数值模拟结果的可靠性。

关键词：动态响应 FLAC3D 爆炸动载应力集中区振动速度