爆炸荷载作用下含裂隙锚固洞室的损伤演化及动态响应规律
发布时间：2022-01-10 06:31
锚固洞室在爆炸荷载下的动态响应和损伤分布较为复杂,尤其是当洞室围岩中含有裂隙等缺陷时,破坏影响因素众多,锚固洞室的动态响应和损伤分布更为复杂。为了能够给含裂隙锚固洞室在爆炸荷载作用下的设计提供参考,本文基于模型试验结果,利用数值分析方法模拟了锚固洞室顶部存在不同形态裂隙时的损伤分布和动态响应,主要研究内容和结论如下:（1）通过对比无裂隙锚固洞室数值分析和模型实验的结果,发现数值分析和模型实验中相同位置的压应力时程曲线相似且数值分析的损伤分布和实验结果中的裂纹区域相同,证明数值分析中的数据比较可靠;对比锚杆间距和长度不同时的洞室损伤分布,发现最大拉伸损伤区域主要集中在锚固区内和锚固区边界处,通过对比损伤面积,得到最佳锚杆间距和长度分别为4cm和24cm。（2）通过研究单裂隙的长度、倾角、位置对锚固洞室的损伤分布和动态响应的影响,得到:随着裂隙长度的增加,拱顶锚固区及边界最大损伤区域面积先增加后减小,裂隙长度为洞室跨度的1/3时损伤最大,拱顶峰值位移和峰值质点振速先减小后增加,裂隙长度为洞室跨度的1/2时动态响应最小;随着裂隙倾角的增加,拱顶锚固区及边界最大损伤区域面积先减小后增加,裂隙倾...
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂隙图
92爆炸波在裂隙岩体中的传播爆炸应力波是由于爆炸作用引起的应力扰动的传播。在距爆炸点不同距离处，爆炸应力波表现为冲击波、弹塑性应力波、弹性应力波和地震波。在爆炸点的近区产生冲击波，冲击波以超声速传播并具有陡峭波头，在波头上的岩石所有参数都发生突变，传播过程中能量损失大，衰减快。随着能量的衰减，冲击波很快变成压缩应力波，以声速传播，波头变缓，仍具有脉冲性，但传播中能量损失比冲击波小，衰减较慢。随着传播距离的增大，压缩应力波衰减为具有周期性震动的地震波，以声速传播，衰减速度很慢[80]。图2-1岩石中爆炸应力波的演变Fig.2-1Evolutionofexplosivestresswaveinrock2.1爆炸应力波在岩体中的传播2.1.1爆炸荷载作用下岩石变形规律与特征岩石在爆炸荷载作用下的变形规律如图2-2所示[80]，对应不同应力幅值，所形成的应力波特征不同，如图2-3所示[80]。图2-2冲击荷载作用下岩石的变形规律Fig.2-2Deformationcharacteristicsofrockundershockload3~7R0120~150R0150R0爆源冲击波压缩波地震波R
10（1）在装药近区，作用于岩石的爆炸荷载值很高，若C，将在岩石中形成波正面上所有状态参数都发生突变的冲击波（图2-3a），冲击波在岩石中的速度为超音速，衰减最快。（2）随着冲击波阵面向外传播，应力幅值衰减，当BC时，如图2-2所示，由于变形模量dd随应力的增大而增大，波速大于图中A-B段的塑性波波速，但小于O-A段的弹性波波速，因此应力幅值大的塑性波追赶前面的塑性波，形成塑性追赶加载，形成陡峭的波阵面，但波速低于弹性波速，为亚音速，这种波称为非稳定的冲击波，如图2-3b所示。（3）进一步，当AB时，由于dd不是常数，且随应力的增大而减小，因此应力幅值大的应力波速度低于小应力幅值的应力波，随远离波源波阵面逐渐变缓，塑性波速度以亚音速传播。而应力小A于的部分，则以弹性波速度传播，如图2-3c所示。（4）当A时，dd为常数，等于岩石的弹性常数，这时应力波为弹性波，以未受到扰动岩石中的音速传播，如图2-3d所示。图2-3不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波Fig.2-3Transmissionofvariousstresswaveinrockunderdifferentstressamplitude2.1.2岩石中爆炸应力波的衰减在爆炸源近区，一般情况下岩石中出现的是冲击波。这时可把岩石看成流体，冲击波压力p随距离的衰减规律为：r2ppr（2-1）式中，r为比例距离，brr/r，r为距药室中心的距离，br为药室（炮眼）半径；r为径向应力峰值；为压力衰减指数，对冲击波，取3或=2+1+。冲击波阵面上，各状态参数满足冲击波的基本方程，即：
【参考文献】：
期刊论文
[1]节理充填岩体爆炸应力波传播规律模型试验与应用研究[J]. 陈雪峰,赵孝学,汪海波,马浪,王长柏. 中国安全生产科学技术. 2018(12)
[2]爆炸作用下矩形隧道衬砌结构动力响应研究[J]. 谢乐,杨志勇,李欢秋. 爆破. 2018(04)
[3]不同间距邻近爆破载荷下隧道破坏规律及动态响应研究[J]. 郭东明,刘康,张伟,杨俊,凡龙飞,薛磊. 北京理工大学学报. 2018(10)
[4]Degradation of a discrete infilled joint shear strength subjected to repeated blast-induced vibrations[J]. Siamaki Ali,Esmaieli Kamran,Mohanty Bibhu. International Journal of Mining Science and Technology. 2018(04)
[5]节理特性对应力波传播及爆破效果的影响规律研究[J]. 赵安平,冯春,郭汝坤,李世海,贾建军. 岩石力学与工程学报. 2018(09)
[6]地应力下柱面应力波在节理岩体中传播规律研究[J]. 李新平,董千,刘婷婷,黄俊红. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[7]单轴压缩下断续节理岩体动态损伤本构模型[J]. 刘红岩,李俊峰,裴小龙. 爆炸与冲击. 2018(02)
[8]隧道爆破振动影响因素模拟分析[J]. 陈清松,崔硕,李小青. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2018(01)
[9]不同方向爆炸荷载作用下地下洞室抗爆效果研究[J]. 王光勇,王超,余永强,常旭. 地下空间与工程学报. 2017(06)
[10]爆破地震波作用下直墙拱形隧洞围岩质点振速响应特征研究[J]. 靳晓波,孙金山,李正川,刘贵应,周彬. 现代隧道技术. 2017(05)
本文编号：3580220
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂隙图
92爆炸波在裂隙岩体中的传播爆炸应力波是由于爆炸作用引起的应力扰动的传播。在距爆炸点不同距离处，爆炸应力波表现为冲击波、弹塑性应力波、弹性应力波和地震波。在爆炸点的近区产生冲击波，冲击波以超声速传播并具有陡峭波头，在波头上的岩石所有参数都发生突变，传播过程中能量损失大，衰减快。随着能量的衰减，冲击波很快变成压缩应力波，以声速传播，波头变缓，仍具有脉冲性，但传播中能量损失比冲击波小，衰减较慢。随着传播距离的增大，压缩应力波衰减为具有周期性震动的地震波，以声速传播，衰减速度很慢[80]。图2-1岩石中爆炸应力波的演变Fig.2-1Evolutionofexplosivestresswaveinrock2.1爆炸应力波在岩体中的传播2.1.1爆炸荷载作用下岩石变形规律与特征岩石在爆炸荷载作用下的变形规律如图2-2所示[80]，对应不同应力幅值，所形成的应力波特征不同，如图2-3所示[80]。图2-2冲击荷载作用下岩石的变形规律Fig.2-2Deformationcharacteristicsofrockundershockload3~7R0120~150R0150R0爆源冲击波压缩波地震波R
10（1）在装药近区，作用于岩石的爆炸荷载值很高，若C，将在岩石中形成波正面上所有状态参数都发生突变的冲击波（图2-3a），冲击波在岩石中的速度为超音速，衰减最快。（2）随着冲击波阵面向外传播，应力幅值衰减，当BC时，如图2-2所示，由于变形模量dd随应力的增大而增大，波速大于图中A-B段的塑性波波速，但小于O-A段的弹性波波速，因此应力幅值大的塑性波追赶前面的塑性波，形成塑性追赶加载，形成陡峭的波阵面，但波速低于弹性波速，为亚音速，这种波称为非稳定的冲击波，如图2-3b所示。（3）进一步，当AB时，由于dd不是常数，且随应力的增大而减小，因此应力幅值大的应力波速度低于小应力幅值的应力波，随远离波源波阵面逐渐变缓，塑性波速度以亚音速传播。而应力小A于的部分，则以弹性波速度传播，如图2-3c所示。（4）当A时，dd为常数，等于岩石的弹性常数，这时应力波为弹性波，以未受到扰动岩石中的音速传播，如图2-3d所示。图2-3不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波Fig.2-3Transmissionofvariousstresswaveinrockunderdifferentstressamplitude2.1.2岩石中爆炸应力波的衰减在爆炸源近区，一般情况下岩石中出现的是冲击波。这时可把岩石看成流体，冲击波压力p随距离的衰减规律为：r2ppr（2-1）式中，r为比例距离，brr/r，r为距药室中心的距离，br为药室（炮眼）半径；r为径向应力峰值；为压力衰减指数，对冲击波，取3或=2+1+。冲击波阵面上，各状态参数满足冲击波的基本方程，即：
【参考文献】：
期刊论文
[1]节理充填岩体爆炸应力波传播规律模型试验与应用研究[J]. 陈雪峰,赵孝学,汪海波,马浪,王长柏. 中国安全生产科学技术. 2018(12)
[2]爆炸作用下矩形隧道衬砌结构动力响应研究[J]. 谢乐,杨志勇,李欢秋. 爆破. 2018(04)
[3]不同间距邻近爆破载荷下隧道破坏规律及动态响应研究[J]. 郭东明,刘康,张伟,杨俊,凡龙飞,薛磊. 北京理工大学学报. 2018(10)
[4]Degradation of a discrete infilled joint shear strength subjected to repeated blast-induced vibrations[J]. Siamaki Ali,Esmaieli Kamran,Mohanty Bibhu. International Journal of Mining Science and Technology. 2018(04)
[5]节理特性对应力波传播及爆破效果的影响规律研究[J]. 赵安平,冯春,郭汝坤,李世海,贾建军. 岩石力学与工程学报. 2018(09)
[6]地应力下柱面应力波在节理岩体中传播规律研究[J]. 李新平,董千,刘婷婷,黄俊红. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[7]单轴压缩下断续节理岩体动态损伤本构模型[J]. 刘红岩,李俊峰,裴小龙. 爆炸与冲击. 2018(02)
[8]隧道爆破振动影响因素模拟分析[J]. 陈清松,崔硕,李小青. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2018(01)
[9]不同方向爆炸荷载作用下地下洞室抗爆效果研究[J]. 王光勇,王超,余永强,常旭. 地下空间与工程学报. 2017(06)
[10]爆破地震波作用下直墙拱形隧洞围岩质点振速响应特征研究[J]. 靳晓波,孙金山,李正川,刘贵应,周彬. 现代隧道技术. 2017(05)
本文编号：3580220
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