含不连续面岩体爆炸加载试验研究
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摘要
岩体中广泛存在的不连续面对岩石爆破破碎过程中应力波传播、裂隙扩展等均产生影响,因此含不连续面岩石的爆破破碎与均质情况存在较大差异,其最终的破碎结果受自身所含不连续面控制。本文在理论分析的基础上进行了试验研究,并利用AUTODYN 2D对部分试验结果进行了数值模拟。可为进一步研究不连续面岩石爆炸载荷下动态力学性质提供参考。
本研究运用波动理论对含不连续面岩石的力学特点进行了理论分析,探讨了爆炸荷载下岩石损伤的分布规律,并对爆炸加载后垂直和平行于不连续面两个方向的损伤特点进行了分析。在此基础上,运用莫尔强度理论,对可能出现的不连续面损伤区域进行了确定,并从理论上探讨了当岩石只含一组和含两组不连续面情况下不连续面的优势破坏方向。本文还结合分析结果进行了相关的模拟试验,对相关理论分析进行了验证。
本研究还通过含不连续面岩石试件爆炸加载前后的超声波测试,建立了层状岩石损伤及破碎的特点与其声学特性的关系。同时还对损伤岩石进行了细观观察,初步掌握含不连续面岩石在爆炸载荷下损伤的特点及分布规律。
本论文还对含不连续面岩石爆炸加载损伤进行了数值模拟,结果较好地描述了爆炸载荷下层状岩石损伤演化规律,再现了爆炸载荷下层状岩石损伤的变化过程。
本论文取得的认识和研究成果主要集中在以下两方面:
1.含不连续面岩石爆破破碎时,不连续面间距与其夹角对岩石爆破破碎的影响,并对其影响原因进行了理论分析和试验研究。
2.层状岩石在爆炸加载下,损伤特点及分布规律。
Because discontinuity structural planes in rock mass affect stress wave propagation and fracture expansion in the process of rock blasting, with or without discontinuity planes has great discrepancy. And often the blasting effects are controlled by discontinuity planes in rock mass. On the basis of theoretical analysis, a series tests are conducted, the testing results are analyzed by using numerical simulation of AUTODYN 2D.The thesis can be helpful for personnel who interests in dynamic properties of blasting loads on rock mass that contains discontinuity planes.
First, the mechanical properties of rock mass containing discontinuity planes are theoretically analyzed by using fluctuating theory. The distribution of rock damage under blasting forces is discussed. Then the damage areas containing discontinuity planes can be determined through Mohr strength theory. The preferred damage directions under one and two group discontinuity planes are studied. Finally relevant simulating tests are carried on according to the analyzing result, and the theories are verified further.
Through the ultrasonic pulse transmission testing under blasting load on rock samples containing discontinuity planes, the relationship between characteristics of bedded rock damages and ultrasonic properties are established. Also damaged rocks are carefully observed and examined, the damage distribution under blasting forces are primarily determined.
The numerical simulation results showed clearly the process of rock damage of bedded rocks under blasting forces.
In conclusion, the thesis focused on two aspects: firstly the spacing and angles of discontinuity planes in rock mass under blasting forces are theoretically analyzed and experimentally verified. Secondly, damage characteristics and distribution laws of bedded rocks under blasting forces are presented.
本研究运用波动理论对含不连续面岩石的力学特点进行了理论分析,探讨了爆炸荷载下岩石损伤的分布规律,并对爆炸加载后垂直和平行于不连续面两个方向的损伤特点进行了分析。在此基础上,运用莫尔强度理论,对可能出现的不连续面损伤区域进行了确定,并从理论上探讨了当岩石只含一组和含两组不连续面情况下不连续面的优势破坏方向。本文还结合分析结果进行了相关的模拟试验,对相关理论分析进行了验证。
本研究还通过含不连续面岩石试件爆炸加载前后的超声波测试,建立了层状岩石损伤及破碎的特点与其声学特性的关系。同时还对损伤岩石进行了细观观察,初步掌握含不连续面岩石在爆炸载荷下损伤的特点及分布规律。
本论文还对含不连续面岩石爆炸加载损伤进行了数值模拟,结果较好地描述了爆炸载荷下层状岩石损伤演化规律,再现了爆炸载荷下层状岩石损伤的变化过程。
本论文取得的认识和研究成果主要集中在以下两方面:
1.含不连续面岩石爆破破碎时,不连续面间距与其夹角对岩石爆破破碎的影响,并对其影响原因进行了理论分析和试验研究。
2.层状岩石在爆炸加载下,损伤特点及分布规律。
Because discontinuity structural planes in rock mass affect stress wave propagation and fracture expansion in the process of rock blasting, with or without discontinuity planes has great discrepancy. And often the blasting effects are controlled by discontinuity planes in rock mass. On the basis of theoretical analysis, a series tests are conducted, the testing results are analyzed by using numerical simulation of AUTODYN 2D.The thesis can be helpful for personnel who interests in dynamic properties of blasting loads on rock mass that contains discontinuity planes.
First, the mechanical properties of rock mass containing discontinuity planes are theoretically analyzed by using fluctuating theory. The distribution of rock damage under blasting forces is discussed. Then the damage areas containing discontinuity planes can be determined through Mohr strength theory. The preferred damage directions under one and two group discontinuity planes are studied. Finally relevant simulating tests are carried on according to the analyzing result, and the theories are verified further.
Through the ultrasonic pulse transmission testing under blasting load on rock samples containing discontinuity planes, the relationship between characteristics of bedded rock damages and ultrasonic properties are established. Also damaged rocks are carefully observed and examined, the damage distribution under blasting forces are primarily determined.
The numerical simulation results showed clearly the process of rock damage of bedded rocks under blasting forces.
In conclusion, the thesis focused on two aspects: firstly the spacing and angles of discontinuity planes in rock mass under blasting forces are theoretically analyzed and experimentally verified. Secondly, damage characteristics and distribution laws of bedded rocks under blasting forces are presented.
引文
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