动静载荷耦合作用下的巷道围岩损伤特征研究

发布时间：2017-10-25 09:03

  本文关键词：动静载荷耦合作用下的巷道围岩损伤特征研究

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【摘要】：爆破开挖是目前水利水电、交通和采矿中边坡及地下洞室的主要开挖手段。然而爆破开挖过程中,炸药爆炸产生的冲击荷载都会对爆源一定范围内的岩体产生损伤。这种损伤导致岩体力学参数的下降,给工程安全施工留下了隐患。随着矿山开采的加深,地应力对爆破等强冲击载荷的作用效应不可忽视。本文采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件研究了爆炸荷载与地应力耦合作用下巷道围岩损伤分布,重点研究了巷道地应力状态对围岩损伤的影响,并与淮北矿业集团芦岭矿Ⅲ13高抽巷开挖损伤区检测结果进行对比和验证。对软岩巷道爆破开挖造成的围岩损伤进行地质雷达测试,得到直墙拱形巷道各部位的损伤分布情况,测试结果显示巷道顶板处的损伤程度最大,但两帮的损伤范围最大。考虑地应力影响的模拟结果与实测结果较为吻合。而这一结果与不考虑地应力时爆炸荷载诱发的围岩损伤分布明显不同。
【关键词】：岩石动力学 动静组合加载 围岩 损伤 数值模拟
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD322
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-18
• 1.1 问题的提出及研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 深部岩石的力学特性14
• 1.2.2 冲击荷载下岩石力学特性14-15
• 1.2.3 动静组合加载下岩石力学特性15-16
• 1.3 研究内容16
• 1.4 技术路线16-18
• 2 岩石爆破理论基础18-25
• 2.1 岩石爆破破碎机理18-19
• 2.1.1 岩石爆破破碎的几种理论18
• 2.1.2 岩石爆破破坏的过程18-19
• 2.2 岩石爆破动力学分析19-22
• 2.2.1 岩石爆破应力分析19-20
• 2.2.2 岩石动态强度20-21
• 2.2.3 岩体爆破粉碎区和裂隙区21-22
• 2.3 基于爆破损伤安全判据的损伤范围预测22-24
• 2.3.1 萨氏安全判据22
• 2.3.2 质点峰值振动速度(PPV)安全判据22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 动静组合加载下巷道围岩损伤数值模拟基础25-41
• 3.1 ANSYS/LS-DYNA程序算法原理25-30
• 3.1.1 控制方程25-27
• 3.1.2 模型体的高斯积分和沙漏控制27-28
• 3.1.3 应力波与人工体积粘性28
• 3.1.4 时间积分和时步长控制28-29
• 3.1.5 边界条件29-30
• 3.1.6 算法选取30
• 3.2 ANSYS/LS-DYNA静动组合加载分析过程30-32
• 3.3 材料模型32-35
• 3.3.1 岩石动态本构模型32-34
• 3.3.2 炸药材料模型34-35
• 3.4 网格划分对爆破损伤分析的影响35-40
• 3.4.1 计算模型35
• 3.4.2 网格划分35-36
• 3.4.3 材料模型36-37
• 3.4.4 网格对混凝土靶损伤的影响37-38
• 3.4.5 网格对压力峰值的影响38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 静-动组合加载下巷道围岩损伤特征41-55
• 4.1 数值计算模型建立及材料模型选择41-43
• 4.2 数值模拟方案43
• 4.3 结果分析43-54
• 4.3.1 埋深的影响43-50
• 4.3.2 侧压的影响50-52
• 4.3.3 岩性的影响52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 巷道爆破掘进工程现场研究55-66
• 5.1 测试仪器与测试原理55-59
• 5.1.1 地质雷达测试系统55-56
• 5.1.2 地质雷达测试原理56-59
• 5.2 爆破开挖围岩损伤现场测试59-60
• 5.2.1 工程概况59-60
• 5.2.2 测试方案60
• 5.3 测试结果分析60-61
• 5.4 数值验证61-65
• 5.5 本章小结65-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 主要结论66
• 6.2 有待于进一步研究的内容66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 作者简介及读研期间主要科研成果73-74

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