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应力波诱致岩石破裂的数值试验

作　者: 逄铭璋
导　师: 朱万成
学　校: 东北大学
专　业: 采矿工程
关键词: 岩石破裂动态载荷应力波破坏机制数值模拟
分类号: TU458
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 357次
引　用: 2次
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内容摘要

在许多诸如矿岩破碎、油井致裂、岩土爆破、常规爆炸及核爆的防护等工程领域以及地震、滑坡、岩爆等灾害性自然现象中，都存在着岩体受冲击载荷作用以及与之有关的岩石动力学问题。研究岩石爆破机理、应力波传播规律、动态破裂等都是采矿工程领域所面临的关键性课题，因此，岩石的动态研究是很重要的研究课题。本文用岩石破裂过程分析软件RFPA的动态分析版本RFPA-Dynamic进行了数值模拟，研究了应力波在岩石中的传播规律，以及岩石的动态破裂过程，主要内容如下： (1)对杆在动态载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟，研究了应力波在岩石中的传播规律，得到了试样的破坏过程。通过对均匀与非均匀岩石杆试样的数值试验，探讨了非均匀性对应力波在岩石中的传播规律以及岩石的破坏过程的影响。 (2)通过对岩石试样在应力波作用下破裂过程的数值模拟，探讨了岩石破裂过程与加载应力波峰值、波长的关系。数值模拟表明，在应力波作用下的岩石破裂取决于三个因素：材料的抗拉强度、应力波的应力幅值以及应力波的波形。伴随着应力波峰值以及应力波波长的不同，岩石试样表现出不同的破裂模式以及破裂机制，所以破裂模式都与静态载荷作用下的结果有很大的差异。 (3)研究了应力波对圆形巷道破坏的影响，模拟了在动态全面线载荷和局部线载荷作用下巷道的破坏过程。在静态和动态载荷作用下，巷道的破坏表现出了不同的破裂模式及其力学机制。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章前言  10-16
  1.1 岩石中的应力波  10
  1.2 岩石动力学的研究现状  10-13
    1.2.1 岩石动态实验及试验装置  11-12
    1.2.2 数值模拟与智能化  12-13
  1.3 关于应力波诱致岩石破裂  13-14
  1.4 本文的研究思路  14-15
  1.5 本文的工作  15-16
第二章应力波理论及其数值试验方法  16-27
  2.1 弹性应力波理论  16-17
    2.1.1 经曲弹性波  16
    2.1.2 现代波动理论的发展  16-17
  2.2 弹性理论  17-20
    2.2.1 平衡方程  17-19
    2.2.2 运动方程  19-20
  2.3 弹性动力过程的有限元分析  20-23
    2.3.1 中心差分法  21
    2.3.2 线性加速度法和Wilson-θ法  21-23
    2.3.3 直接积分方法的稳定性和精度分析  23
  2.4 RFPA-DYNAMIC程序简介  23-27
第三章均匀介质中的应力波传播规律  27-44
  3.1 一维杆中应力波的传播规律  27-30
    3.1.1 一维波动方程推导  27-28
    3.1.2 杆中的应力波的数值试验  28-30
  3.2 平板波的传播规律  30-35
    3.2.1 波沿边界运动  30-31
    3.2.2 通过平板运动的波  31-32
    3.2.3 平板中的应力波(数值试验)  32-35
  3.3 二维平面问题中的波传播及数值试验  35-44
    3.3.1 均匀岩石杆试件的动态破裂  35-44
第四章非均匀岩石中的应力波规律及其破裂过程  44-70
  4.1 岩石介质的基本特征—非均匀性  44
  4.2 岩石介质非均匀性的统计理论描述  44-46
  4.3 非均匀岩石杆试件的动态破裂  46-55
    4.3.1 非均匀岩石杆的数值模型及参数  46
    4.3.2 模拟结果分析  46-54
    4.3.3 均匀与非均匀岩石杆试件动态破裂的差异  54-55
  4.4 非均匀巴西盘的动态破裂  55-63
    4.4.1 数值模型  55-57
    4.4.2 数值模拟结果  57-63
  4.5 非均匀岩石的动态破裂过程  63-70
    4.5.1 数值模拟模型  63-65
    4.5.2 不同峰值的入射波对试样破坏的影响  65-66
    4.5.3 不同波长的入射波对试样破坏的影响  66-70
第五章巷道在冲击载荷作用下的破坏  70-84
  5.1 工程意义  70-71
    5.1.1 深部岩体工程响应的静力特征科学现象  70
    5.1.2 深部岩体工程响应的动力特征科学现象  70-71
  5.2 数值模型  71-72
  5.3 数值结果  72-84
    5.3.1 单向静载荷  72-74
    5.3.2 单向动载荷  74-79
    5.3.3 单向动态局部线载荷  79-84
第六章结论  84-85
参考文献  85-89
致谢  89-90
作者简介  90
攻读硕士期间发表和撰写的论文  90

应力波诱致岩石破裂的数值试验

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