爆炸动荷载对加锚洞室的扰动效应研究

发布时间：2019-11-16 06:16

【摘要】：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。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU45;TU751.9

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本文编号：2561706