主动围压和爆炸加载作用下岩石动态响应研究

发布时间：2018-08-19 17:57

【摘要】：为了研究爆炸冲击下深部岩石的破碎过程,建立主动围压约束及中心孔爆炸加载实验装置,利用动态测试技术、高速摄像和数字图像相关方法,得到动静组合加载下岩石内部的应变场和表面裂纹扩展过程。基于Johnson-Holmquist本构模型,对不同围压下岩石爆炸动态响应进行了模拟研究。对比结果发现:围压在圆柱试件环向形成压缩预应力,减弱了爆炸柱面波产生的环向拉伸破坏,破碎区半径、裂纹数目和裂纹几何尺寸随着围压的增大显著减小;距离炮孔越远,爆炸应力波强度降低、围压对裂纹的止裂作用逐渐增强。结合弹性力学和柱面弹性波理论对动静加载下应力场的变化进行分析发现,围压产生的环向压缩应力减小了爆炸形成的拉伸破坏,这一结论与实验结果相同。数值模拟结果表明:von Mises应力场随围压的升高而增强,而环向拉伸破坏随围压的升高而减弱,不同围压下的破碎半径和裂纹形态与实验结果基本一致。
[Abstract]:In order to study the fracture process of deep rock under explosion shock, the experimental device of active confining pressure constraint and explosion loading of center hole was established. The dynamic test technique, high-speed camera and digital image correlation method were used. The strain field and surface crack propagation process of rock under combined dynamic and static loading are obtained. Based on Johnson-Holmquist constitutive model, the dynamic response of rock explosion under different confining pressures was simulated. The results show that the circumscribed pressure forms compression prestress in the circumferential direction of the cylindrical specimen, which weakens the toroidal tensile failure, the radius of the fracture zone, the number of cracks and the geometrical size of the crack, and decreases significantly with the increase of the confining pressure. The farther away from the hole, the lower the intensity of explosion stress wave and the stronger the effect of confining pressure on crack. Combined with elastic mechanics and cylindrical elastic wave theory, the stress field under dynamic and static loading is analyzed. It is found that the circumferential compression stress caused by confining pressure reduces the tensile failure caused by explosion, which is the same as the experimental results. The numerical simulation results show that the stress field increases with the increase of confining pressure, while the circumferential tensile failure weakens with the increase of confining pressure. The fracture radius and crack morphology under different confining pressures are in good agreement with the experimental results.
【作者单位】： 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(51374038)
【分类号】：TU45

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本文编号：2192393