動(dòng)力作用下巖體裂隙擴(kuò)展機(jī)制的數(shù)值模擬研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文動(dòng)力作用下巖體裂隙擴(kuò)展機(jī)制的數(shù)值模擬研究NumericalStudyonCrackPropagationMechanismofRockunderDynamicLoading學(xué)號(hào)：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(jì)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，地下巖土工程的規(guī)模不斷擴(kuò)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(dòng)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(zhǔn)脆性材料，具有顯著的非均勻性，當(dāng)動(dòng)荷載達(dá)到巖石的強(qiáng)度極限時(shí)，能量會(huì)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(kuò)展，工程中如處理不當(dāng)將可能引起重大工程事故并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究動(dòng)荷載作用下巖體裂隙的擴(kuò)展具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。本文采用巖石動(dòng)態(tài)過程破裂分析系統(tǒng)RFPAdynamic，通過建立數(shù)值模型，對(duì)巖體在動(dòng)荷載作用下裂紋擴(kuò)展機(jī)制進(jìn)行數(shù)值模擬研

3、究。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，歸納、概括了國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于動(dòng)荷載作用下巖體的破壞形式與裂隙擴(kuò)展在理論、物理試驗(yàn)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(kuò)展、貫通破壞的過程。討論了爆破應(yīng)力波峰值強(qiáng)度、應(yīng)力比和圍壓值大小對(duì)巖體破壞形式和裂紋擴(kuò)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(duì)裂紋擴(kuò)展有重要影響，峰值越大，裂紋擴(kuò)展能力越強(qiáng)。(3)當(dāng)應(yīng)力比K=I時(shí)，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(chǎng)改變，破壞由拉剪破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榧羝茐臑橹?，最終裂紋長度逐漸減小，圍壓大小對(duì)爆破裂紋擴(kuò)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(dòng)荷載作用

5、下巖石試樣中預(yù)制的單條裂隙擴(kuò)展過程，研究了應(yīng)力波波長、峰值以及預(yù)制裂紋傾角對(duì)裂紋擴(kuò)展方式的影響，并討論了動(dòng)力與靜力作用下的裂隙擴(kuò)展差異。研究結(jié)果表明：(1)當(dāng)應(yīng)力波波長相對(duì)很短時(shí)，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(dāng)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(dāng)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