【摘要】：隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷提高和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,為了充分合理的利用自然空間資源,采礦和其它地下工程領(lǐng)域逐漸向地下更深部發(fā)展。然而,地下深層巖石長(zhǎng)期處在“三高一擾動(dòng)”的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境,高地應(yīng)力就是“三高”之一,而高地應(yīng)力也就意味著高儲(chǔ)能。巖體突然卸荷會(huì)造成巖石破碎甚至巖爆等工程災(zāi)害,這種工程災(zāi)害具有突發(fā)性和猛烈性的特點(diǎn),對(duì)施工人員的人身安全和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成了巨大的威脅。所以,對(duì)于高卸載速率下巖體的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程以及應(yīng)力波的傳播和反射特征的研究,十分必要。本文利用ANSYS/LS-DYNA非線性有限元軟件建立實(shí)體模型,模擬了巖體試樣在不同初始應(yīng)力作用下瞬時(shí)卸荷破壞的過(guò)程,探討了在巖體中應(yīng)力的傳播規(guī)律以及初始應(yīng)力、卸載速率對(duì)巖體試樣破壞的影響。討論了初始應(yīng)力、卸載速率對(duì)巖體試樣內(nèi)能變化的影響。結(jié)果表明,巖體瞬時(shí)卸荷時(shí)產(chǎn)生的卸載應(yīng)力波,經(jīng)固定端反射后形成拉伸波,使巖體產(chǎn)生了垂直于卸載方向的破壞;在一定范圍內(nèi),初始應(yīng)力相同時(shí),卸載時(shí)間越長(zhǎng),應(yīng)力波在巖體內(nèi)的覆蓋范圍越大,巖體內(nèi)的應(yīng)力響應(yīng)也越大,巖體的破壞越嚴(yán)重;卸載時(shí)間相同,初始應(yīng)力不同時(shí),應(yīng)力在巖體內(nèi)的傳播過(guò)程基本相同,應(yīng)力波的覆蓋范圍也相同,但是巖體的破壞程度不同,初始應(yīng)力越大,巖體試樣的破壞程度也越大;巖體破壞前,試樣任一位置應(yīng)變率變化均較為明顯,當(dāng)應(yīng)力波通過(guò)該位置后,應(yīng)變率變化逐漸趨于平緩,但是當(dāng)巖體破壞時(shí),應(yīng)變率有個(gè)驟然的變化,之后,應(yīng)變率又逐漸趨于平緩;卸載時(shí)間越長(zhǎng),初始應(yīng)力越大,巖體內(nèi)儲(chǔ)存的應(yīng)變能越大,巖體破壞時(shí)的內(nèi)能也越大,巖體破壞后內(nèi)能迅速降低,而且內(nèi)能降低的速度大于巖體破壞前內(nèi)能增加的速度。
【圖文】：

根據(jù)Brown和Brady給出的不同國(guó)家地應(yīng)力隨深度增加的變化規(guī)律[11]（如圖1-1所示），垂直地應(yīng)力水平隨著巖體深度的增加幾乎成線性上升。深度每增加1公里，垂直地應(yīng)力增加大約27 MPa。根據(jù)南非的地應(yīng)力勘測(cè)結(jié)果，埋深在3500～5000 m之間巖體的地應(yīng)力大約為95～135 MPa。圖1-1 各國(guó)垂直地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果（圖片來(lái)源: Brown E.T.,BRADY B.H.G.Trends in relationships between measured in situ stressesand depth[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,1978,15(6):211-215.）

在此項(xiàng)工程的施工過(guò)程當(dāng)中，經(jīng)常發(fā)生劇烈甚至極劇烈的巖爆，成為該工程施工過(guò)程中最難的技術(shù)問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)外，許多專家學(xué)者用“癌癥”來(lái)比喻地下工程施工中的這一世界級(jí)難題。如圖1-2所示，錦屏項(xiàng)目排引4#洞發(fā)生的強(qiáng)烈?guī)r爆事故。結(jié)果造成，排引4#洞南側(cè)邊墻至拱腳位置處的圍巖大面積彈出、脫落，使得正在施工中的一臺(tái)353E多臂鉆被彈出的巖石砸壞，這項(xiàng)工程事故導(dǎo)致500多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失。圖1-2 錦屏項(xiàng)目排引4#洞巖爆事故（圖片來(lái)源: 中國(guó)鐵建,http://www.cr13gwgs.com/news/hy1/2013-01-15/193.html,2013.）由于這些工程災(zāi)害具有突發(fā)性和猛烈性的特點(diǎn)，會(huì)造成難以預(yù)估的嚴(yán)重后果，人們意識(shí)到對(duì)巖體卸載破壞機(jī)理的研究可以使人們更深入的了解巖體破壞的過(guò)程和
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2523594