【摘要】：伴隨我國對(duì)深部地下工程的重視,深部隧道及深部高應(yīng)力條件下水利水電工程建設(shè)快速發(fā)展,爆破作為深部地下巖體開挖的重要手段之一,圍巖在循環(huán)爆破作用下力學(xué)性能不斷劣化,損傷持續(xù)累積誘發(fā)圍巖失穩(wěn),致使出現(xiàn)隧洞坍塌現(xiàn)象,威脅工程人員的安全。研究在循環(huán)爆破作用下隧洞圍巖巖體漸進(jìn)性破壞,對(duì)于揭示巖體破壞機(jī)理、力學(xué)性質(zhì)劣化及后期支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。本文依托國家自然科學(xué)基金“循環(huán)爆破荷載作用下隧洞圍巖損傷演化機(jī)理研究(51579142)”。通過基本理論與LS-DYNA數(shù)值模擬分析探討圍巖在循環(huán)爆破動(dòng)荷載作用下?lián)p傷破壞,具體研究成果如下:(1)總結(jié)目前國內(nèi)外理論方面與數(shù)值模擬方面關(guān)于循環(huán)爆破動(dòng)荷載作用于隧洞圍巖的相關(guān)成果,指出目前存在的不足與問題。(2)以爆破作用下巖體破壞的基本理論為基礎(chǔ),探討炸藥隨時(shí)間變化歷程及巖體的漸進(jìn)性破壞,確定了圍巖損傷破壞的變量D。(3)借助廣義胡克定律對(duì)脆性巖體材料本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行完善;通過利用巖體最大拉應(yīng)變準(zhǔn)則和巖體摩爾-庫倫準(zhǔn)則對(duì)循環(huán)爆破作用下巖體漸漸性破壞做出判斷,借助損傷變量D(D0≤D≤1)的不同值來表征巖體的損傷情況:D=D0時(shí),巖體為具有初始損傷巖體(D0可以等于0,此時(shí)巖體為完整巖體);D0D1時(shí),巖體在初始損傷基礎(chǔ)上出現(xiàn)不同程度損傷破壞;D=1時(shí),巖體完全破壞,發(fā)生斷裂。并通過損傷累積(?)來表征隧洞圍巖在循環(huán)爆破作用下的持續(xù)累積損傷破壞。(4)借助LS-DYNA有限元軟件,揭示了爆破作用下應(yīng)力峰值存在于炮孔處,并呈輻射狀向四周輻射。巖體損傷破壞Y方向比X方向相對(duì)嚴(yán)重,其破壞方式以壓剪破壞為主,伴隨拉伸破壞。(5)通過對(duì)比單次爆破與循環(huán)爆破對(duì)巖體破壞,揭示了巖體損傷破壞具有明顯記憶性,巖體損傷雖不斷衰減,但損傷仍持續(xù)累積。說明地下巖體工程宏觀失穩(wěn)現(xiàn)象是由循環(huán)爆破引起巖體累積損傷作用引起的,并非一次爆破造成。(6)通過對(duì)比6個(gè)和4個(gè)平行布置炮孔循環(huán)爆破對(duì)圍巖的損傷破壞發(fā)現(xiàn),6個(gè)炮孔對(duì)圍巖的損傷更加的劇烈,范圍更加廣泛,但其差距主要集中在前幾次循環(huán)爆破,隨循環(huán)爆破次數(shù)的增加,不同炮孔數(shù)量對(duì)同一處圍巖的損傷破壞逐漸衰減,且損傷程度逐漸趨于相同。本文以巖石爆破基本理論為基礎(chǔ),借助LS-DYNA數(shù)值模擬對(duì)循環(huán)爆破動(dòng)荷載作用下圍巖損傷性破壞做出相應(yīng)的探討與研究,對(duì)進(jìn)一步探究巖體累積損傷破壞與現(xiàn)場圍巖支護(hù)具有一定的理論指導(dǎo)意義,對(duì)實(shí)現(xiàn)隧洞爆破施工技術(shù)創(chuàng)新提供一定參考。
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 選題的依據(jù)和研究意義近年來伴隨一帶一路計(jì)劃的實(shí)施，水利水電工程、礦山巷道和隧道工程等工程項(xiàng)目作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分得到大力發(fā)展，截至目前為止，我國已成為世界上深部地下空間發(fā)展規(guī)模最大、技術(shù)發(fā)展最為迅速的國家之一，而且因土地資源短缺，隧道工程與地下工程將得到更大發(fā)展，其發(fā)展在向著“長、大、深”等方向進(jìn)行。對(duì)于多數(shù)在建、已建的隧道工程，相繼都遇到過不少圍巖變形破壞的問題，而對(duì)于隧道工程施工目前大多仍采用鉆爆法施工，巖石（體）在循環(huán)爆破動(dòng)荷載的作用下，巖石損傷具有明顯記憶性，且隨爆破荷載的發(fā)生巖石損傷劣化不斷累積[1]，由此對(duì)圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。隧道圍巖破壞的示意圖如圖 1.1 所示，研究圍巖損傷、裂隙如何發(fā)育至貫穿整個(gè)巖石體，對(duì)于圍巖穩(wěn)定性及后期支護(hù)工程的優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義。

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 爆破損傷破壞基本理論2.1 巖石爆破破碎機(jī)理探究巖石爆破破碎機(jī)理，需先對(duì)爆破荷載隨時(shí)間變化歷程弄清楚，圖 2.1 所示[46]示意圖形象的描述了圍巖巖體爆破開挖時(shí)柱狀炮孔爆破荷載隨時(shí)間的變化過程，其過程大致可以分為 3 個(gè)部分：①炮孔內(nèi)火藥起爆，炮孔內(nèi)爆破荷載隨爆炸沖擊波的傳播開始急速上升，如圖 2.2（a）所示；②隨爆炸沖擊波的進(jìn)一步傳播，在瞬間超高溫、超高壓的爆生氣體的作用下炮孔周圍巖體發(fā)生破壞，，出現(xiàn)巖體裂紋萌生等現(xiàn)象；③炮孔口處的堵塞物被爆生壓縮氣體作用整體拋出，與此同時(shí)超高溫、超高壓氣體外溢，炮孔內(nèi)爆破荷載急速衰減。
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U451.2

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本文編號(hào)：2591889