节理岩体爆破数值模拟

岩体的节理裂隙常常会影响爆破效果,而且会由此增加大块率,提高爆破成本.为了探明节理岩体爆破特点,首先采用有限元方法模拟了节理岩体爆破应力场的分布特点,接着分析了在台阶底部不同点的等效应力的变化规律,最后模拟了爆炸能量在节理岩体的传播规律.研究结果表明,节理裂隙能有效地反射爆炸应力波,节理裂隙越多,波的反射就越强,而且反射波的强度随着弱面与岩体间的波阻抗的差值的增加而加大;台阶底部各点的有效应力随着节理裂隙的存在而发生复杂的变化,而不象在均质岩体中一样有规律;炸药爆炸产生的动能在节理岩体中衰减快,透过闭节理时能量的衰减比透过充填节理要慢,爆炸能量透过倾斜节理时衰减较慢,而透过垂直节理时衰减较快.     

节理性质对岩体爆破破坏模式影响的数值分析

针对目前常用的有限元和离散元等数值方法难以客观反映岩体中存在的大量断续节理和在外力作用下岩体破碎及块体运动的不足,提出了采用数值流形方法以解决目前岩体爆破模拟中存在的上述问题.数值流形方法采用数学网格与物理网格以形成求解流形单元,因而很容易反映岩体中存在的众多初始节理,采用断裂力学准则以模拟节理、裂纹扩展,采用DDA中的块体运动学理论以模拟块体运动.最后通过算例对比分析了完整岩体和节理岩体爆破破坏模式的差异,说明了节理存在对岩体爆破破坏模式有着重要影响,且其影响程度与节理的几何分布及物理力学性质有着密切关系.     

节理岩体爆破研究进展

实际的岩体都是被节理裂隙等弱面切割,对爆破效果有很重要的影响、本文在回顾并综合分析了节理岩体爆破理论和试验研究状况的基础上,对节理岩体的质量综合评价、力学模型的研究、数值模拟的研究、爆破块度的分析及理论与试验相结合等方面提出了几点看法。     

裂隙岩体精细化数值模型构建与爆破模拟

裂隙岩体爆破数值模拟过程中，裂隙分布模型的真实性，是影响数值模拟结果的关键因素之一，现有节理裂隙构建方法难以实现三维分布上的复杂表征或是实现操作过于繁杂。为探索在LS-DYNA软件中构建三维分布上真实、复杂表征的节理裂隙模型简单可行的操作方法，通过MATLAB软件对爆破数值模型K文件进行解析重组，按照节理裂隙三维分布规律进行勾勒并赋予节理裂隙材料本构，构建出符合节理裂隙分布规律的节理岩体三维精细化数值模型。以某露天石灰石矿山为实例，开展节理裂隙三维分布规律统计分析并在台阶爆破数值模型中进行还原，基于裂隙岩体精细化数值模型，开展露天台阶爆破数值模拟试验和现场爆破试验对比研究。结果表明：采用解析重组方法构建的数值节理模型与实际节理裂隙的误差小于13%;节理裂隙面使岩体内的损伤分布规律发生了变化，与完整岩体相比，损伤范围增加了12.04%,粒径处于0～100 mm的占比降低了8.11%;爆破模拟得到的损伤结果与现场破碎效果接近，统计粒径在0～100 mm之间的碎块的占比，误差为4.16%。解析重组法构建三维节理裂隙，可行、操作简便，数值模拟结果接近实际。     

节理岩体爆破研究进展

实际的岩体都是被节理裂隙等弱面切割，对爆破效果有很重要的影响、本文在回顾并综合分析了节理岩体爆破理论和试验研究状况的基础上，对节理岩体的质量综合评价、力学模型的研究、数值模拟的研究、爆破块度的分析及理论与试验相结合等方面提出了几点看法。     

爆破作用下节理岩体应变能变化规律及影响研究

节理岩体的爆破破裂机制及特征是岩土工程领域的研究热点之一,从岩体应变能角度进行研究更接近岩体破坏本质。建立节理岩体的爆破开挖模型,采用波动理论推导出爆破引起的节理岩体的应变能密度和节理张开位移的理论解。理论解表明:节理岩体的应变能与爆破荷载强度及初始地应力水平密切相关。以白鹤滩水电站工程为实例,采用理论解计算了爆破荷载从10~20 MPa,初始地应力从0~10 MPa时的岩体应变能密度与节理张开位移,结果表明:爆破荷载作用下岩体应变能密度表现出明显的先积蓄和后释放特征,爆破荷载越大,节理岩体积蓄的应变能越多,释放后导致的岩体节理面的张开位移越大。初始地应力的大小对岩体应变能和岩体节理面的张开位移的影响呈现相似规律。     

节理岩体爆破的研究现状

描述了目前国内外学者对节理岩体爆破的研究进展,分析了常用的一些数学模型,阐述了人们对爆破块度的测定及预报情况以及计算机模型模拟及其应用。节理岩体本身的特性较一般工程材料更复杂、更特殊,因此在爆破作用中,节理对爆破效果的影响有时比岩体本县物理力学性质的影响更显著,所以研究更有理论意义和实际意义。文章提出了节理岩体爆破的研究工作中今后需要解决的一些问题。     

节理裂隙岩体爆破试验研究

首先利用超声波探测法对节理裂隙岩体进行了声波测试,对不同的节理裂隙岩体进行了质量评估.然后通过对节理裂隙岩体进行爆破漏斗试验,分析了节理裂隙对岩体中爆炸应力波传播、岩石破碎及爆破漏斗形成的影响,得出了一些有益结论,对节理裂隙岩体理论研究和指导工程实践具有一定的参考价值.     

动态卸荷作用下节理围岩损伤过程研究

为了探明节理岩体中的巷道爆破开挖后的卸载机理,为实际工程提供理论依据,本文基于离散元数值模拟方法,分析了考虑爆破荷载深埋矩形巷道节理围岩的损伤过程。结果表明:高地应力条件下,爆破开挖会在节理围岩中诱发显著的松动效应,导致洞壁附近形成远大于静态塑性区的动态松动损伤区,使得最终屈服区以外的节理面强度和渗透性等力学参数发生劣化;受爆破荷载的影响,岩体的回弹将产生较大的振动速度,达到m/s量级,是洞壁附近节理面损伤的主要来源;节理的组合方式也会对节理松动产生较大的影响,当节理夹角接近60°时,围岩最容易破坏。     

节理岩体爆破的研究现状

描述了目前国内外学者对节理岩体爆破的研究进展，分析了常用的一些数学模型，阐述了人们对爆破块度的测定及预报情况以及计算机模型模拟及其应用。节理岩体本身的特性较一般工程材料更复杂、更特殊，因此在爆破作用中，节理对爆破效果的影响有时比岩体本县物理力学性质的影响更显著，所以研究更有理论意义和实际意义。文章提出了节理岩体爆破的研究工作中今后需要解决的一些问题。     

节理岩体爆破损伤演化机理探讨

通过爆破块度与天然块度之间的关系，探讨节理岩体的宏观损伤演化。利用Ｌｅｍａｉｔｒｅ等效应变假设，分析细观损伤与宏观损伤的耦合损伤，为建立节理岩体在爆炸炸载荷作用下的损伤模型探索一条途径。     

节理岩体爆破块度预测的力学模型探讨

考虑到节理岩体的结构特点及岩块之间的局部非线性相互作用，运用多刚体系统动力学的理论方法，借助于Ｂｏｎｄ破碎理论，建立了节理岩体在爆炸载荷作用下块度预测的力学模型。将节理分布特征，爆破机理及块度分布计算紧密地联系在一起，避免了以往各环节脱节的不足。     

层状裂隙岩体弹塑性损伤断裂模型与岩质高边坡稳定分析

本文研究了层状裂隙岩体的弹塑性损伤断裂模型。文中按岩体等效柔度张量定义损伤张量,并对层状裂隙岩质高边坡的变形破坏过程建立了损伤演化方程,提出了包含软弱薄层塑性滑移与裂隙损伤扩展耦合性态的本构关系。最后将其应用于某水电站左坝肩高边坡开挖形成过程的稳定性分析中。     

小波包分析在节理岩体动力计算中的应用研究

节理岩体边坡的变形与破坏,一般具有大变形的特征,且节理面对响应大小起控制作用。传统的振动响应对网格、阻尼有诸多要求,并可能导致震动响应的高频部分不合理。考虑到振动信号频谱虽然很丰富,但一般存在一个或几个优势频率段。在这个频率段内,能量相当集中、振幅相对较大,对节理岩体的位移响应起决定作用。结合小波包频带分析,先对振动输入波采用小波包分析,然后根据各频段的重构波形采用时程分析法计算节理岩体的位移响应。研究成果表明:小波包比传统的傅里叶变换更具有优势,小波分频带分析不仅可以看到时域特征,而且可以精细刻化其频域特征,降低模型网格的要求和计算工作量,对于节理动力分析是一个很好的选择。     

Simulations of fracture and fragmentation of geologic materials using combined FEM/DEM analysis

Results are presented from a study investigating the effect of explosive and impact loading on geological media using the Livermore distinct element code (LDEC). LDEC was initially developed to simulate tunnels and other structures in jointed rock masses with large numbers of intact polyhedral blocks. However, underground structures in jointed rock subjected to explosive loading can fail due to both rock motion along preexisting interfaces and fracture of the intact rock mass itself. Many geophysical applications, such as projectile penetration into rock, concrete targets, and boulder fields, require a combination of continuum and discrete methods in order to predict the formation and interaction of the fragments produced. In an effort to model these types of problems, we have implemented Cosserat point theory and cohesive element formulations into the current version of LDEC, thereby allowing for dynamic fracture and combined finite element/discrete element simulations. Results of a large-scale LLNL simulation of an explosive shock wave impacting an elaborate underground facility are also discussed. It is confirmed that persistent joints lead to an underestimation of the impact energy needed to fill the tunnel systems with rubble. Non-persistent joint patterns, which are typical of real geologies, inhibit shear within the surrounding rock mass and significantly increase the load required to collapse a tunnel.     

基于均匀化方法的节理岩体等效弹性性能预测

假定节理岩体具有均质的宏观结构和非均质的周期性分布的细观结构,利用均匀化方法,根据材料周期性特点,通过摄动理论建立依赖于两尺度坐标变量而变化的渐进位移场,推导出反映节理岩体细观结构的控制方程,并结合有限元法,数值模拟得到其宏观等效弹性模量。将算例得到的等效弹性模量与Taylor方法、自洽方法及Hashin-Shtrikman结果进行对比分析,证实了均匀化算法的合理性。同时探讨了节理岩体的弹性性能与组份性能及细观结构的关系,并考察了节理岩体的岩质材料泊松比对宏观力学性能的影响。     

Boundary element analysis of anisotropic rock masses

A boundary element formulation is developed for anisotropic elastic rock masses. The boundary element treatment in which the fundamental solutions of Lekhnitskii have been incorporated, and the numerical evaluation of integrals with singularities are discussed. Good agreement found between the numerical and analytical solutions for several example problems demonstrates the capability, accuracy and efficiency of the present formulation. The problem of a deep circular tunnel excavated in a variety of jointed rock masses has also been analysed using the present formulation. The effect of the jointing on the behaviour of the rock mass around the tunnel is evaluated.