花崗巖動力學(xué)特性及循環(huán)爆破下?lián)p傷累積效應(yīng)研究

發(fā)布時間：2020-08-12 21:00

【摘要】：花崗巖是一種分布廣泛的巖石,它是由巖漿在地表以下凝卻形成的火成巖,其力學(xué)強度、變形性能及損傷破壞機理與工程穩(wěn)定和安全性等密切相關(guān)。在工程建設(shè)中,如硐室與巷道開挖,往往需要經(jīng)歷多次爆破的作用。因此,通過深入開展花崗巖的動力學(xué)特性和循環(huán)爆破試驗研究,對判斷和分析爆破損傷的范圍和演化過程具有很大意義。本文所開展的研究工作及得出的結(jié)論主要有:首先,采用高壓動三軸儀對不同應(yīng)變率、不同圍壓下的試樣進行動態(tài)壓縮試驗。結(jié)果表明:相同應(yīng)變率下,隨著圍壓的增大,巖石破壞模式由軸向劈裂轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐?相同圍壓下,隨著應(yīng)變率的增大巖石破碎程度加劇;花崗巖的抗壓強度隨應(yīng)變率和圍壓的增大均呈增大趨勢,但增長幅度在應(yīng)變率超過10~-33 s~(-1)和圍壓大于60 MPa后逐漸減小。此外,對比分析中等應(yīng)變率下經(jīng)典莫爾-庫倫強度準則及其2種改進形式的適用性,發(fā)現(xiàn)考慮平均主應(yīng)力修正的莫爾-庫倫準則對試驗數(shù)據(jù)的吻合度較高,而直線型莫爾-庫倫準則和拋物線型莫爾-庫倫準則擬合誤差較大。接著,對花崗巖試塊進行了小型爆破試驗,對多次爆破荷載下質(zhì)點振動衰減規(guī)律與累積損傷演化機理進行了探析,并對不同裝藥量下花崗巖試塊的裂紋擴展與斷裂形態(tài)進行了比較。結(jié)果表明:薩道夫斯基公式對室內(nèi)花崗巖試塊的爆破振動衰減規(guī)律具有較好的適用性,可決系數(shù)都處于0.90以上;花崗巖的爆破損傷隨著爆破次數(shù)的增加而增加,且損傷值隨著與爆心距離(爆心距)的增加而降低,近區(qū)損傷值迅速降低,而中區(qū)和遠區(qū)損傷值降低相對緩慢;花崗巖的破壞程度和裝藥量有較高的關(guān)聯(lián)度,當(dāng)藥量較低時,巖塊致裂所需要的爆破次數(shù)就越大,隨著裝藥量的增加,試塊爆后破裂的塊數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢。最后,運用大型有限元軟件ANSYS/LS-DYNA及其重啟動技術(shù),結(jié)合前人成果確定出適合于本文花崗巖的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)參數(shù),探討了循環(huán)爆破作用下花崗巖的應(yīng)力波衰減規(guī)律、巖石累積損傷效應(yīng)、裂紋擴展及斷裂情況。數(shù)值研究發(fā)現(xiàn):重啟動技術(shù)能夠有效地實現(xiàn)花崗巖的循環(huán)爆破過程,完成巖體中的損傷的累積過程;采用漸變網(wǎng)格劃分的方式,可以同時保證計算的精準和計算的效率;自定義的侵蝕準則能有效地獲得巖石內(nèi)部裂紋隨爆破次數(shù)的擴展情況;振動速度隨著爆心距的增加衰減速度較快,離爆源較遠處,衰減速度緩慢,振動速度試驗值低于模擬值約20%;損傷區(qū)域隨著爆破次數(shù)的增加不斷地擴大,損傷值的累積與爆破次數(shù)之間并不是線性關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU45
【圖文】：

技術(shù)路線圖,振動規(guī)律,損傷累積,損傷演化

上述這些研究雖然對巖石的動力學(xué)特性以及爆破下巖石的損傷累積有所涉及，但考慮的多半是振動規(guī)律、損傷演化或裂紋擴展單方面問有系統(tǒng)地對多次爆破的影響結(jié)果進行詳細分析。本文研究的思路是以花為研究對象，具體的技術(shù)路線見圖 1.1。

花崗巖,試樣,斜長石,微斜長石

2.1 花崗巖動三軸試驗2.1.1 試樣準備試驗所用黑云母花崗巖試樣取自華山，如圖2.1所示。密度為2600 kg/m3，吸水率為0.57%，干燥單軸壓縮強度為138 MPa[71]，巖石主要由微斜長石（40~50%）、斜長石（25~35%）、石英（20~25%）、黑云母（5~8%）等組成。其中斜長石粒度偏�。�0.7~2 mm），呈半圓形顆粒狀結(jié)構(gòu)，微斜長石粒徑偏大（2~4 mm），呈顆粒狀分布在斜長石之間或包裹斜長石，石英粒徑偏�。�0.7~2 mm），黑云母分散在其它成分中。試驗所用試樣尺寸為Φ 30mm×60 mm，將試樣分成20組

壓縮試驗,土力學(xué),武漢,試驗系統(tǒng)