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。     

高应变率下岩石本构特性的研究

高应变率下岩石的动态本构关系和力学特性,目前主要是利用SHPB装置等来获得．基于统计学和损伤力学的观点,建立岩石在高应变率下的动态本构模型是进一步研究爆破机理、爆炸应力波传播、爆破参数优化的基础。理论和实验证明,本文推荐的4种动态本构模型与试验结果有较好的一致性,对进一步研究岩石的动态力学性质奠定了基础．     

台阶爆破岩石破碎楔块理论及数值模拟研究

在逐排或齐发爆破情况下,一般没有考虑岩石在单个炮孔爆破后产生的空间破碎形态问题。岩石在爆炸作用下产生的空间破碎形态主要受岩石性质,自由面状况、炸药性能等因素影响。逐孔起爆改变了岩石的自由面状况,进而对爆破效果产生了较大的影响。根据露天台阶爆破逐孔起爆条件下岩石动态破碎特征,提出了露天台阶爆破岩石破碎楔块理论,分析了逐孔起爆条件下,体积公式计算炮孔装药量的局限。采用有限元软件ABAQUS/EXPLICT中的CEL方式加载爆炸载荷,并结合混凝土塑性损伤本构(CDP)建立了双坡面三维台阶爆破模型,得到了不同时刻岩体内应力分布云图和裂纹扩展以及损伤演化情况。模拟结果表明:岩石爆破破碎楔块理论更加接近逐孔起爆条件岩石破碎状况,并有利于炮孔装药量计算。     

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     

石灰岩在爆炸载荷作用下的破坏机理试验研究

为了探讨岩石在爆炸载荷下的力学特性和破坏机理,采用耦合填塞装药、耦合无填塞装药和不耦合填塞结构模拟了爆炸应力波和爆生气体的不同加载强度,在石灰岩中进行模拟爆破试验,对爆炸应变波及其参数、以及爆破后岩石内部的声波速度进行了测试.基于模拟爆破试验结果,对石灰岩的力学特性和爆破损伤程度进行了分析,得到了岩石在不同爆破条件下的爆破损伤和破坏规律.     

高压水射流作用下岩石的损伤模型

基于高压水射流破岩过程的分析,运用连续损伤力学和细观损伤力学理论,建立了适用于水射流破岩两个阶段的岩石损伤模型以及两个阶段岩石损伤的耦合模式。依据所建立的损伤模型,利用非线性动力有限元方法,对高压水射流破岩的全过程进行了模拟,计算结果与试验规律基本一致。     

岩石中柱形装药爆破破坏区域的理论计算

为了解决柱形装药在岩石中爆破破坏分区的问题,在空腔膨胀理论的基础上,采用Mohr-coulomb强度准则作为爆破近区的岩石本构模型,修正空腔膨胀理论中的速度场关系式,建立了柱形装药在岩石中爆破的力学控制方程,结合爆破弹性区的准静力解,给出了爆炸空腔、破碎区和径向裂缝区半径的理论计算公式。最后以四种岩石为研究对象,根据得到的理论公式进行算例分析,计算结果与相关文献资料进行比较,证明了理论公式的正确性。     

岩石爆破层裂机理的研究

基于连续介质损伤力学,从Ｎａｊａｒ各向同性脆性损伤的能量定义出发,从能量角度分析了爆炸应力波传播过程中岩石损伤程度的变化,确定了岩石发生层裂的判据,即当入射压缩波尚未反射部分与反射拉伸波叠加后出现的拉应力等于岩石的损伤抗拉强度（本文简称）时,岩石发生层裂。从而弥补了岩石爆破层裂理论的不足,完善了岩石爆破机理。     

含水裂纹在爆破扰动下的断裂机制

为探究地应力影响下含水裂纹在爆破扰动下的断裂机制,运用断裂力学原理建立了爆破扰动下深部岩体含水裂纹扩展的力学模型,通过定义等效爆破扰动荷载推导出了岩体动静耦合强度因子的计算表达式;同时,通过对拉剪型和压剪型裂纹断裂的分析,了解到爆破扰动、水压力、地应力、裂纹倾角等因素对裂纹断裂的影响方式,获得了裂纹断裂的广义断裂准则,并进行实例运算,结果表明:在拉剪型断裂中,地应力对其相同方向裂纹的断裂起促进作用;在压剪型断裂中,不同侧应力系数下裂纹最易发生断裂的角度与岩体的内摩擦系数有关;爆破扰动荷载相当于增大了裂纹水的压力。     

岩石爆破层裂机理的研究

基于连续介质损伤力学，从Ｎａｊａｒ各向同性脆性损伤的能量定义出发，从能量角度分析了爆炸应力波传播过程中岩石损伤程度的变化，确定了岩石发生层裂的判据，即当入射压缩波尚未反射部分与反射拉伸波叠加后出现的拉应力等于岩石的损伤抗拉强度（本文简称）时，岩石发生层裂。从而弥补了岩石爆破层裂理论的不足，完善了岩石爆破机理。     

岩石定向断裂控制爆破原理与参数研究

文章依据断裂力学理论,论述岩石定向断裂控制爆破炮孔间贯通裂纹形成的原理,分析岩石中固有裂纹大小对炮孔装药量和炮孔间距的影响;同时提出爆破参数的设计原则和方法。     

切缝药包岩石定向断裂爆破的研究

以爆炸力学、岩石断裂力学理论为原理，对切缝药包在岩石定向断裂爆破中的切缝产生及裂纹起裂和扩展进行了一定的研究。同时对该法的爆破参数进行了设计，并在实验室进行模型试验验证其正确性。实验结果表明切缝管能使爆炸后的能量有方向性地集中，裂纹的定向断裂控制效果良好，现场初步试验也表明该法是一种比较理想的断裂控制爆破技术。最后还指出了该技术还需要有待研究的方向，这些对相关理论研究和现场应用均有一定的指导意义。     

FRACTURE MECHANICS APPLICATIONS TO DRILLING AND BLASTING

Abstract— This paper gives a brief review of research in rock fracture mechanics as conducted at the Fracture and Photo-Mechanics Laboratory (FPML) at Vienna University of Technology. The mechanisms pertaining to percussion drilling and blasting are investigated, with specific reference to the application of fracture mechanics. In order to gain an improved understanding of the mechanisms controlling rock fragmentation, a multidisciplinary approach is followed which includes laboratory experiments conducted in plexiglass and rock, in-situ field experiments and analytical/numerical modelling techniques.
Field experiments revealed that percussively drilled holes exhibit a very shallow region of damaged rock. An analytical model to simulate damage accumulation and crack initiation due to elastic waves generated by impacting drill bits was developed. This model, based on damage and fracture mechanics, was incorporated into a numerical finite difference code. Fracture and damage mechanics parameters are related to the moment tensor which is determined experimentally by means of acoustic emission. Small scale model blasts were used to investigate the blast-induced fractures in the near-borehole zone as well as in the far field. Analytical and numerical investigations give insight into stress wave and gas driven fracturing. The applicability of the dynamic finite difference program SWIFD to the interaction between stress waves and cracks is illustrated.     

爆破动应力对岩质边坡损伤破坏作用机理

分析了爆破动应力在岩质边坡中的分布规律,推导出了爆破动应力与质点振速及岩体物理力学参数间关系的计算表达式。分析讨论了由爆破产生的附加动应力与岩质边坡中的应力场及岩体介质中的裂纹损伤场相互耦合作用机理,并推导出了裂纹初裂强度表达式。从断裂力学及损伤力学的理论出发,建立了节理裂隙岩体的等效柔度张量以及在爆破动应力作用下裂隙岩体的附加柔度张量。从所建立的柔度张量关系式中可知,当有爆破动应力存在时,增大了岩体的柔度张量,削弱了岩体的强度。     

爆炸排淤填石法中淤泥的本构模型

以爆炸排淤填石法为背景 ,对不同应变率阶段淤泥的本构模型进行了分析 ,利用ANSYS/LS-DYNA动态有限元分析程序对所选择的模型进行验证和确认。计算和分析结果表明 :在形成爆炸空腔的高应变率阶段 ,淤泥表现为理想不可压缩流体的性质 ;在小药量小抵抗线条件下 ,甚至在淤泥自重作用下的较低应变率变形阶段 ,其黏性效应也可以忽略不计。