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动态扰动触发高静应力岩石发生破裂的研究

李占海  
【摘要】:近几十年来岩石力学界的学者们在研究静态和动态载荷作用下岩石破坏方面取得了丰硕的成果,对岩石力学理论与实践起了巨大的推动作用。然而,这些研究基本限于岩石完全承受静载荷或完全承受动载荷作用的情况,对于静载荷与动载荷联合作用下岩石变形及破坏特性的研究显得相对不足。事实上,在实践及自然界中,特别是在深部岩石工程中,岩石在承受动载荷作用之前,已经处于高静应力状态之中,动态扰动往往是触发处于高静态应力岩体发生失稳破裂的诱因之一。所以,开展动态扰动触发高静应力岩石发生失稳破裂的研究具有重要的理论价值和工程实际应用前景。 在国家自然科学基金的资助下,本文以动态扰动触发高静应力岩体的失稳破裂为研究目标,通过实验和数值模拟手段开展研究工作。主要研究工作包括如下方面: (1)首先,开展岩石在静—动态组合加载条件下破坏过程的霍布金逊杆(SHPB)实验,研究不同的轴向静态应力水平对于静-动组合加载条件下的破坏强度及破裂过程的影响。 (2)其次,使用岩石破裂过程分析RFPA-Dynamics软件进行岩石在静态、动态和静-动组合加载条件下破坏过程进行了数值模拟,分析静态应力水平、动态应力波形(应力波峰值和作用时间)对于动态和静-动组合条件下的岩石破裂过程的影响; (3)最后,开展动态扰动触发地下深部巷道发生失稳破裂的数值模拟,探讨静态地应力条件、巷道埋深和动态扰动的作用方向及波形(应力波峰值和作用时间)对于巷道围岩损伤与破坏的影响,认清把该问题视为静-动组合受力条件下的岩石力学问题进行研究的必要性,揭示动态扰动触发深部巷道发生破裂的力学机制。


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