岩石爆破损伤模型及其研究进展

损伤模型明确反映了岩石应变率效应及岩石动载破坏的“脆断”和“灾变”特性，并为岩石爆破破碎区的确定和爆破块度预测提供了直接而可行的判据。本文系统介绍了岩石爆破损伤模型的研究进展及成果，指出了其工程应用前景。     

岩石爆破损伤模型及评述

岩石爆破损伤模型是将岩石的动态断裂作为一个连续的损伤累积过程来处理,其基本点是建立损伤变量与岩石内微裂纹密度的关系,并预测在爆炸载荷作用下岩石的损伤和破坏过程。在分析研究现有岩石爆破损伤模型的基础上,对模型中损伤变量的定义及有效体积模量进行了评述,并指出了现有岩石爆破损伤模型存在的不足及发展方向     

爆炸载荷作用下的岩石损伤断裂研究

岩石爆破机理是一个复杂的问题,目前理论研究还不是很成熟。根据以往经典固体力学方法解释岩石在爆炸载荷作用下的力学行为,是无法揭示岩石爆破破碎的全过程,也难以确定岩石内的损伤和破坏程度;采用细观力学方法可以深入了解岩石内部从损伤到破碎全过程。岩石爆破损伤断裂机理是由岩石爆破机理和岩石细观损伤力学理论组成的。本文在分析研究现有岩石爆破模型的基础上,指出了现有的岩石爆破损伤模型存在的不足及发展方向;并进行了水中爆炸实验,分析了激波对水泥试样的损伤特性。     

爆炸载荷作用下的岩石损伤断裂研究

岩石爆破机理是一个复杂的问题,目前理论研究还不是很成熟。根据以往经典固体力学方法解释岩石在爆炸载荷作用下的力学行为,是无法揭示岩石爆破破碎的全过程,也难以确定岩石内的损伤和破坏程度;采用细观力学方法可以深入了解岩石内部从损伤到破碎全过程。岩石爆破损伤断裂机理是由岩石爆破机理和岩石细观损伤力学理论组成的。本文在分析研究现有岩石爆破模型的基础上,指出了现有的岩石爆破损伤模型存在的不足及发展方向;并进行了水中爆炸实验,分析了激波对水泥试样的损伤特性。     

高应变率下岩石损伤模型研究综述与展望

系统阐述了岩石爆破损伤模型的国内外研究现状,阐明了各自的理论基础和基本思想,并且作了简要评述,指出了各种模型存在的不足,对岩石爆破损伤模型的发展趋势提出了建议。随着弹性力学、断裂力学和损伤力学等固体力学在岩石破碎领域的广泛应用,以此为理论基础的岩石损伤模型必将会进一步得到发展和完善。     

高应变率下岩石损伤模型研究综述与展望

系统阐述了岩石爆破损伤模型的国内外研究现状,阐明了各自的理论基础和基本思想,并且作了简要评述,指出了各种模型存在的不足,对岩石爆破损伤模型的发展趋势提出了建议。随着弹性力学、断裂力学和损伤力学等固体力学在岩石破碎领域的广泛应用,以此为理论基础的岩石损伤模型必将会进一步得到发展和完善。     

岩石爆破损伤模型实验研究

岩石中含有以孔隙、气泡、微观裂隙、节理面等形态表现出来的岩石损伤。损伤的存在无疑要对岩石的爆破破碎效果产生影响。本文在相似性分析的基础上,提出了在实验室进行岩石爆破损伤模型实验的新方法,进而对损伤以及介质强度对爆破破碎效果的影响进行了分析研究。     

岩石爆破损伤模型实验研究

岩石中含有以孔隙、气泡、微观裂隙、节理面等形态表现出来的岩石损伤。损伤的存在无疑要对岩石的爆破破碎效果产生影响。本文在相似性分析的基础上,提出了在实验室进行岩石爆破损伤模型实验的新方法,进而对损伤以及介质强度对爆破破碎效果的影响进行了分析研究。     

岩体单孔爆破损伤的三维数值模拟研究

为了探究单孔爆破情况下岩石损伤情况，基于ANSYS/LS-DYNA软件，采用RHT材料模型，建立了多组三维数值模型，探究了三维空间下岩石单孔爆破在不同装药长度、不同地应力条件下的损伤情况，并结合自定义变量—有效损伤率来表征岩石在单孔爆破条件下损伤的时空演化规律。结果表明：从孔底到自由面，岩石的损伤逐渐增大，距离炮孔越近，岩石的损伤越严重；随着装药长度的增加，围岩对药卷的空间约束作用也在增强，岩石损伤的增长速率会逐渐减小；地应力在岩石的爆破过程中对岩石损伤具有抑制作用，且岩石损伤会向着地应力最大的方向发展。     

岩石爆破的逾渗模型

本文在分析几种典型的岩石爆破损伤模型的基础上，发现岩石爆破损伤演化具有明显的逾渗效应。采用逾渗来描述岩石爆破损伤断裂这一动态过程是可行的，并提出了进一步可能的研究途径。     

冻结砂土爆破作用区域内损伤模型分析

为了分析冻结砂土爆后的破坏程度,在探究冻结砂土爆破机理的过程中,将冻结砂土爆破作用的区域划分为空腔、挤压区、破碎区、裂纹区和弹性振动区,依据动力学原理,分析冻结砂土的爆破过程,推导出爆破后空腔及各破坏区域近似半径,并用损伤理论分区分析。结果是,在挤压区,采用Bui等建立的突然损伤模型,则爆炸载荷作用前D=0,冻土瞬间损伤断裂条件后D=1;在破碎区,动态抗压强度准则采用引入应变率效应的莫尔-库仑准则,损伤模型取修正的Lemaitre损伤模型;在裂纹区,采用准脆性材料的微裂纹扩展条件为冻土损伤准则,损伤模型采用弹塑性损伤模型。根据各爆破作用区域损伤特点,采用不同的损伤模型分析,细化了冻结砂土爆破破坏形式,为冻结砂土工程爆破实践提供理论参考。     

单自由面混凝土介质中的深孔爆破数值分析

深孔爆破在混凝土结构物的爆破拆除中是一种常用的方法。本文基于大型非线性动力分析软件LS-DYNA,采用著名的混凝土损伤Johnson-Holmquist-Concrete模型,针对单自由面条件下混凝土介质中深孔爆破的情形,开展了大量的数值模拟;对炮孔周围的介质损伤、有效应力场、压力场、速度场以及药室的“扩孔”效应进行了比较全面的分析研究,得出的结论在工程实践中具有一定的参考价值。     

单自由面混凝土介质中的深孔爆破数值分析

深孔爆破在混凝土结构物的爆破拆除中是一种常用的方法。本文基于大型非线性动力分析软件LS-DYNA,采用著名的混凝土损伤Johnson-Holmquist-Concrete模型,针对单自由面条件下混凝土介质中深孔爆破的情形,开展了大量的数值模拟;对炮孔周围的介质损伤、有效应力场、压力场、速度场以及药室的“扩孔”效应进行了比较全面的分析研究,得出的结论在工程实践中具有一定的参考价值。     

基于损伤累积的爆破振动传播规律试验研究

为进一步揭示基于损伤累积的爆破振动波传播与衰减规律,设计混凝土试块进行损伤累积及爆破振动测试试验。结果表明,测点损伤值随爆破次数增加持续增大,中远区测点损伤有初期缓增及后期突增两阶段;测点单次爆破振动速度随距离增大而减小,近区测点振动速度减小较中、远区测点快;测点爆破振动速度随爆破次数增加总体减小,且爆源近区减小较快,中远区呈小幅度缓慢减小;随爆破次数继续增大各测点振动速度存有突增过程,且衰减系数 增加缓慢, 值减小,两者均存在小幅度畸变过程;多次爆破时确定振动安全阈值及爆破振动波传播衰减规律( 、 值)时应充分考虑损伤累积效应。     

三维模型柱状药包爆生裂纹扩展规律研究

利用有机玻璃材料,采用高速摄影和数值模拟方法研究不同位置起爆柱状药包爆生裂纹扩展和损伤破坏差异。研究结果表明,正反向起爆时炮孔周围均产生多条径向裂纹,爆生裂纹面经历了由"密集波纹状→光滑平坦→少量径向微裂隙→密集径向裂隙"逐步转变的过程。正向起爆时,径向裂纹优先产生,并逐渐向模型内部延伸,在炮孔底部产生较大的超深扩展现象。而反向起爆时,底部"圆锥形"裂纹面与炮孔径向裂纹同时产生,炮孔底部裂纹面消耗较多能量,其径向裂纹扩展速度较正向起爆时小,扩展时间也较短,但有利于岩石的抛掷。由模拟结果可知,柱状药包反向起爆比正向起爆爆破损伤区范围大,并且爆破损伤的均匀程度好。因此,在掏槽爆破中,为提高岩石的抛掷效果,应尽量采用反向起爆方式进行爆破;而在松动爆破中,为增加岩石中裂纹的扩展深度,应尽量采用正向起爆方式进行爆破。     

岩体爆破破碎的分形损伤模型

本文提出了一个岩体爆破破碎的分形损伤模型,认为岩体爆破破碎的过程是岩体内原有裂隙发育和损伤增长的过程,且在此过程中,裂隙发育和损伤积累都具有分形特征。在此模型的基础上编制的计算模拟程序可对岩体内的三维损伤分布进行计算,并可对爆破漏斗进行模拟。现场试验与模拟结果吻合很好,说明了该模型的合理性。     

岩体爆破破碎的分形损伤模型

本文提出了一个岩体爆破破碎的分形损伤模型，认为岩体爆破破碎的过程是岩体内原有裂隙发育和损伤增长的过程，且在此过程中，裂隙发育和损伤积累都具有分形特征。在此模型的基础上编制的计算模拟程序可对岩体内的三维损伤分布进行计算，并可对爆破漏斗进行模拟。现场试验与模拟结果吻合很好，说明了该模型的合理性。