多次爆破振动下岩体开挖累积损伤的研究

发布时间：2017-11-03 13:12

  本文关键词：多次爆破振动下岩体开挖累积损伤的研究

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【摘要】：爆破对于矿山的开挖、基建隧道工程的开拓都是一种高效快捷的手段。但是爆破振动诱发的岩体失稳严重威胁着工程人员的安全,尤其对于矿山的掘进巷道而言,多次的爆破振动对岩体的破坏损伤是持续累积的。当超过岩体的应力阈值时,岩体的力学性能就会降低或者破坏,严重的区域甚至会有岩爆的发生。所以研究多次爆破振动对岩体的累计损伤效应具有重要的意义。以爆破理论为基础并结合爆破损伤模型着重探讨了爆炸冲击载荷作用下岩石的具体破坏过程。这为巷道围岩在多次爆破作用下的累积损伤效应奠定了理论基础。同时我们在现场利用单孔声波测试仪和地质雷达对芦岭矿完成了10次爆破生产测试。利用单孔声波测试仪测试了每一次爆破振动对岩体声波波速的影响,通过地质雷达无损检测手段探测了每一次爆破对围岩岩体内部裂隙变化的影响。根据现场试验所得数据探究了岩体累计损伤效应和爆破次数的关系。并利用LS-DYNA软件模拟了巷道围岩在多次爆破振动下的破坏以及岩石爆破裂纹的形成扩展。从宏观上和微观上共同探究多次爆破振动对岩体累积损伤的影响。本文紧密结合芦岭矿现场爆破作业,以理论为基础,通过现场实测和数值模拟对多次爆破振动下岩体的累积损伤效应做了相应的研究,为进一步研究岩体累积损伤和对现场围岩支护提供了一定的参考。
【关键词】：多次爆破振动 累积损伤 单孔声波仪 地质雷达 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】：TD235
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 问题的提出及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 循环荷载作用下岩石的研究现状12-13
• 1.2.2 多次爆破振动下工程岩体的研究现状13-15
• 1.3 研究内容15
• 1.4 技术路线15-17
• 2 爆破作用下岩体的破坏机理17-33
• 2.1 岩石爆破模型的发展17-19
• 2.1.1 弹性理论阶段18
• 2.1.2 断裂理论阶段18-19
• 2.1.3 损伤理论阶段19
• 2.2 岩石力学中的损伤理论19-25
• 2.2.1 损伤的定义19-21
• 2.2.2 岩石爆破损伤模型21-24
• 2.2.3 岩石爆破损伤的测量方法24-25
• 2.3 爆炸冲击载荷作用下的破岩机理25-32
• 2.3.1 爆炸应力波的衰减规律及爆破漏斗的产生26-29
• 2.3.2 冲击波作用下的粉碎区29
• 2.3.3 爆生气体的气楔作用29-30
• 2.3.4 应力波作用下的压坏区30-31
• 2.3.5 应力波作用下的裂隙区31
• 2.3.6 爆生气体作用下的径向裂隙31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 爆破振动下围岩松动圈的变化33-49
• 3.1 围岩松动圈概述33-36
• 3.1.1 松动圈厚度的研究现状34-36
• 3.2 爆破动载下围岩松动圈的变化36-40
• 3.2.1 裂纹的基本形式36-37
• 3.2.2 裂纹尖端附近应力场和位移场37-38
• 3.2.3 断裂韧度和断裂准则38
• 3.2.4 基于裂纹扩展的损伤发展模型38-40
• 3.3 实测多次爆破下围岩松动圈的变化40-49
• 3.3.1 波动方程41-42
• 3.3.2 测试方案及结果42-46
• 3.3.3 实验数据分析46-49
• 4 多次爆破下围岩累积损伤的数值模拟研究49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 ANSYS/LS-DYNA程序介绍49-51
• 4.2.1 LS-DYNA简介49-50
• 4.2.2 Lagrange、Euler和ALE算法50-51
• 4.2.3 LS-DYNA爆炸分析51
• 4.3 岩体本构模型及材料参数51-54
• 4.3.1 模拟方法51-52
• 4.3.2 岩石动态本构模型52-54
• 4.3.3 炸药以及炮泥的材料模型和及状态方程54
• 4.4 数值模拟研究54-60
• 4.4.1 计算模型54-55
• 4.4.2 模型测点布置55-56
• 4.4.3 数值模拟分析56-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 巷道围岩在多次爆破下的工程现场研究61-75
• 5.1 引言61
• 5.2 地质雷达测试技术61-65
• 5.2.1 LTD-2100型探地雷达简介61-63
• 5.2.2 LTD-2100型探地雷达数据后处理63-65
• 5.2.3 探地雷工作原理65
• 5.3 现场实测研究65-73
• 5.3.1 工程概况65-67
• 5.3.2 测点布置67-68
• 5.3.3 实验数据与结果分析68-73
• 5.4 本章小结73-75
• 6 结论与展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 作者简介及读研期间主要科研成果82

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