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爆炸载荷作用下裂隙岩体的损伤特性研究

作　者: 庄新炉
导　师: 徐颖
学　校: 安徽理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 岩石爆破损伤机理数值模拟力学特性
分类号: TU452
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 465次
引　用: 5次
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内容摘要

炸药爆炸对岩石的爆破作用是一个十分复杂的过程,爆破破岩机理目前在学术界仍没有得到一致认同。爆破对岩体的损伤影响范围仍是一个比较复杂的课题,它牵涉到炸药爆炸时作用在炮孔壁上的爆轰压力及其与岩体的相互作用过程,岩石的力学特性、计算岩体爆破损伤的理论模型。以岩石为研究对象,并结合已有的关于爆炸荷载作用下岩石动态损伤的研究成果,通过数值模拟给予岩体以定量描述的基础上,进一步分析爆炸荷载作用下岩石的动态损伤模型;在现有的爆炸荷载下对岩石的特性的数值模拟中都没有考虑岩石本身重力对岩石的影响,而在巷道的爆炸开拓中,岩石的重力对围岩的损伤占有很大的比例,所以是不容忽视的。在本论文中通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件对围岩自重和爆炸荷载下的力学特性进行了模拟。利用ANSYS自身强大的隐式分析模拟了自重作用下围岩的损伤。然后转到LS-DYNA模块分析爆炸荷载下围岩的损伤。把ANSYS分析的重力下的围岩的节点位移作为LS-DYNDA显式动力分析的初始条件。分析了两者共同作用下围岩的损伤。

全文目录

第一章绪论  8-14
  1.1 选题的依据和意义  8-9
  1.2 国内外岩石动态损伤模型的发展综述  9-12
    1.2.1 弹性力学模型  9-10
    1.2.2 断裂力学模型  10
    1.2.3 损伤力学模型  10-12
  1.3 研究的主要目的和内容  12-14
    1.3.1 研究的目的  12
    1.3.2 研究的主要内容  12-14
第二章爆炸荷载下岩石的力学特性  14-23
  2.1 引言  14
  2.2 岩石的声波特性  14-15
  2.3 爆炸破裂区的破坏过程  15-16
  2.4 冲击波的破岩特性  16-18
    2.4.1 爆炸近区冲击波参数  16-18
    2.4.2 爆炸冲击波引起的动应力  18
  2.5 岩石中爆炸应力波的衰减  18-20
  2.6 爆破产生的压碎圈与裂隙圈  20-21
  2.7 裂隙岩体的爆破作用机理  21-22
    2.7.1 岩体结构面对爆破的作用  21
    2.7.2 裂隙岩体的爆破机理  21-22
  2.8 本章小结  22-23
第三章岩石爆破损伤的基本理论  23-38
  3.1 损伤力学的产生和必然性  23
  3.2 岩石爆破损伤模型的基本观点  23-30
    3.2.1 K-G损伤模型  25-27
    3.2.2 KUS损伤模型  27-28
    3.2.3 YANG等人的损伤模型  28-30
  3.3 岩石爆破的分形损伤模型  30-32
    3.3.1 损伤因子的分形表示  30-31
    3.3.2 岩石爆破中裂纹分形的演化规律  31
    3.3.3 岩石的动态本构关系表示  31-32
  3.4 岩石的细观损伤模型  32-34
    3.4.1 Bui和Ehrlacher损伤模型  32-33
    3.4.1 脆性材料裂纹尖端损伤场的结构  33-34
  3.5 JOHNSON-HOLMQUIST-CONCRETE本构模型  34-36
    3.5.1 等效强度模型  34
    3.5.2 积累损伤破碎模型  34-35
    3.5.3 状态方程  35-36
      3.5.3.1 线弹性区  35
      3.5.3.2 塑性过渡区  35-36
      3.5.3.3 完全密实材料区  36
  3.6 本章小结  36-38
第四章开挖爆破对围岩损伤作用  38-47
  4.1 引言  38-39
  4.2 爆破形成围岩壁面分形及其分形维  39-40
  4.3 周边控制爆破在围岩中引起的损伤  40-41
  4.4 周边控制爆破引起的围岩松动效应  41-43
    4.4.1 爆破形成的压缩区  41-43
    4.4.2 爆破形成的裂隙区  43
  4.5 围岩稳定性的损伤分析  43-44
  4.6 岩石爆破损伤的质点峰值振动确定的岩石损伤范围  44-45
  4.7 本章小结  45-47
第五章岩体中爆破的数值模拟研究  47-73
  5.1 引言  47-48
  5.2 动力学有限元分析LS-DYNA3D程序计算方法简介  48-57
    5.2.1 程序简介  48
    5.2.2 控制方程  48-52
    5.2.3 空间有限元离散化  52-53
    5.2.4 流固耦合分析  53-55
    5.2.5 应力波与人工体积粘性  55
    5.2.6 料模型及状态方程  55-57
  5.3 岩石爆破过程的数值模拟  57-58
    5.3.1 岩石爆破损伤模型  57-58
  5.4 工程实例  58-72
    5.4.1 姚桥新井轨道光面爆破  58-59
    5.4.2 有限元计算模型  59-62
    5.4.3 计算结果与分析  62-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章结论  73-75
致谢  75-76
主要参考文献  76-79

爆炸载荷作用下裂隙岩体的损伤特性研究

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