花岗岩动力学特性及循环爆破下损伤累积效应研究

发布时间：2020-08-12 21:00

【摘要】：花岗岩是一种分布广泛的岩石,它是由岩浆在地表以下凝却形成的火成岩,其力学强度、变形性能及损伤破坏机理与工程稳定和安全性等密切相关。在工程建设中,如硐室与巷道开挖,往往需要经历多次爆破的作用。因此,通过深入开展花岗岩的动力学特性和循环爆破试验研究,对判断和分析爆破损伤的范围和演化过程具有很大意义。本文所开展的研究工作及得出的结论主要有:首先,采用高压动三轴仪对不同应变率、不同围压下的试样进行动态压缩试验。结果表明:相同应变率下,随着围压的增大,岩石破坏模式由轴向劈裂转变为剪切破坏;相同围压下,随着应变率的增大岩石破碎程度加剧;花岗岩的抗压强度随应变率和围压的增大均呈增大趋势,但增长幅度在应变率超过10~-33 s~(-1)和围压大于60 MPa后逐渐减小。此外,对比分析中等应变率下经典莫尔-库伦强度准则及其2种改进形式的适用性,发现考虑平均主应力修正的莫尔-库伦准则对试验数据的吻合度较高,而直线型莫尔-库伦准则和抛物线型莫尔-库伦准则拟合误差较大。接着,对花岗岩试块进行了小型爆破试验,对多次爆破荷载下质点振动衰减规律与累积损伤演化机理进行了探析,并对不同装药量下花岗岩试块的裂纹扩展与断裂形态进行了比较。结果表明:萨道夫斯基公式对室内花岗岩试块的爆破振动衰减规律具有较好的适用性,可决系数都处于0.90以上;花岗岩的爆破损伤随着爆破次数的增加而增加,且损伤值随着与爆心距离(爆心距)的增加而降低,近区损伤值迅速降低,而中区和远区损伤值降低相对缓慢;花岗岩的破坏程度和装药量有较高的关联度,当药量较低时,岩块致裂所需要的爆破次数就越大,随着装药量的增加,试块爆后破裂的块数呈现增加趋势。最后,运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA及其重启动技术,结合前人成果确定出适合于本文花岗岩的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)参数,探讨了循环爆破作用下花岗岩的应力波衰减规律、岩石累积损伤效应、裂纹扩展及断裂情况。数值研究发现:重启动技术能够有效地实现花岗岩的循环爆破过程,完成岩体中的损伤的累积过程;采用渐变网格划分的方式,可以同时保证计算的精准和计算的效率;自定义的侵蚀准则能有效地获得岩石内部裂纹随爆破次数的扩展情况;振动速度随着爆心距的增加衰减速度较快,离爆源较远处,衰减速度缓慢,振动速度试验值低于模拟值约20%;损伤区域随着爆破次数的增加不断地扩大,损伤值的累积与爆破次数之间并不是线性关系。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU45
【图文】：

技术路线图,振动规律,损伤累积,损伤演化

上述这些研究虽然对岩石的动力学特性以及爆破下岩石的损伤累积有所涉及，但考虑的多半是振动规律、损伤演化或裂纹扩展单方面问有系统地对多次爆破的影响结果进行详细分析。本文研究的思路是以花为研究对象，具体的技术路线见图 1.1。

花岗岩,试样,斜长石,微斜长石

2.1 花岗岩动三轴试验2.1.1 试样准备试验所用黑云母花岗岩试样取自华山，如图2.1所示。密度为2600 kg/m3，吸水率为0.57%，干燥单轴压缩强度为138 MPa[71]，岩石主要由微斜长石（40~50%）、斜长石（25~35%）、石英（20~25%）、黑云母（5~8%）等组成。其中斜长石粒度偏小（0.7~2 mm），呈半圆形颗粒状结构，微斜长石粒径偏大（2~4 mm），呈颗粒状分布在斜长石之间或包裹斜长石，石英粒径偏小（0.7~2 mm），黑云母分散在其它成分中。试验所用试样尺寸为Φ 30mm×60 mm，将试样分成20组

压缩试验,土力学,武汉,试验系统

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【参考文献】