基于PFC的层状板岩巴西劈裂渐进破坏能量分析

基于颗粒流软件PFC,研究了加载方向与层面法向呈不同夹角θ下的板岩巴西劈裂破坏能量演化规律。结果表明:层面的存在改变了起裂点位置和裂纹扩展方向,随θ的增大,吸收总能量、弹性应变能和耗散能均逐渐降低。当45°≤θ≤90°时,起裂点位置基本在圆盘中心,然后沿层面向两端扩展。吸收总能量、弹性应变能和耗散能衰减较慢;0°θ45°时,裂纹在距加载点最近的层面附近萌生,后层面阻挡了裂纹沿原方向扩展,微裂纹在层面无序生成并连通,然后穿越层面继续延伸,吸收总能量、弹性应变能和耗散能衰减较快。θ=0°时,层面对裂纹的延伸有阻挡作用,但并不改变其扩展方向。根据能量的传递规律可以确定裂纹萌生位置,裂纹的产生是能量耗散的主要原因。0°θ45°时的耗散能占比约比45°≤θ≤90°时大10个百分点。     

板岩渐进剪切破坏各向异性及其数值模型研究

层理面是导致岩石试样在变形和力学特性上表现出各向异性的根本原因。为研究层理弱面影响下板岩的渐进破坏模式,揭示其各向异性的力学机制,选取贵州东部的层状板岩开展不同加载空间位置关系下的直剪试验。结果显示:剪切强度各向异性是由其破坏机制控制的,层理面与剪切面平行时,属于沿层理面的剪切滑移破坏;层理面与剪切面垂直且其交线与剪应力方向也垂直时,属于剪切作用下层理面的张拉和基质体的剪切破坏;层理面与剪切面垂直而其交线与剪应力方向平行时,垂直于层理面方向试样在泊松效应作用下产生拉伸破坏,剪应力方向试样发生基质体的剪切破坏,此时强度最大。基于层理结构的本构关系,构建层理体系的材料模型,并采用数值模拟研究层理结构对板岩破坏模式的影响,模拟结果与试验结果吻合较好,进一步解释了层状板岩破坏模式各向异性的产生机制。     

分层装药爆破间隔填塞长度优化研究

分层装药爆破在工程中应用广泛,其具有良好的爆破减振和提高孔口堵塞段破碎等效果。但是在实践中,合理的中间填塞长度选择一直缺乏依据。通过有限元软件LSDYNA对90 mm孔径6 m深的炮孔分别建立中间填塞段长度为25~105 cm的五个模型,上、下药包装药量固定,耦合装药,以爆破损伤以及单元所受最大拉应力两个指标来分析填塞段长度对分层爆破效果的影响。结果表明:中间填塞长度过短,能量集中作用于中间段,会导致岩石过于粉碎;中间填塞长度的增加,孔口堵塞段岩体破碎效果也随之改善,填塞长度105 cm和25 cm相比,地表处单元所受最大拉应力增加了约1倍,但中间段破碎效果弱化;当中间填塞段长度为85 cm时,中间填塞段岩体和上部岩体均有较好的破碎效果;通过振动分析,中间填塞长度变化对离炮孔较远区域爆破振动的影响较小。基于数值模拟结果的工程试验表明,最佳中间填塞段长度为85~95 cm,较数值模拟结果稍大。