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《中南大学》 2001年
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岩石爆破混沌模型与条形药包爆破应力波衰减规律的研究

喻长智  
【摘要】: 本文首次应用混沌理论研究了爆破载荷作用下岩石强度、破碎块度、破碎过程的混沌特征,提出了爆破系统是一种典型的混沌系统的学术观点。结合损伤力学研究了爆破破碎面与岩石初始损伤的关系,首次提出了爆破吸引面、破碎吸引因子的概念;结合分形理论,讨论了爆破吸引面分形维数与破碎块度分形维数之间的关系;使岩石在爆破作用下的本构关系研究转化为破碎吸引面的本构关系研究。得出了破碎吸引因子与岩石强度和初始损伤的关系式,并从理论上建立了岩石爆破破碎吸引面动态本构方程。 根据条形药包爆破应力波分布特征及衰减规律,提出了可将条形药包爆破柱部应力波当作柱面波、端部应力波当作球面波处理的研究方法:建立了理想的完全弹性介质中球药包和条形药包爆破径向应力衰减方程。在此基础上,根据本文建立的爆破吸引面本构方程和球药包应力公式,建立了理想的条形药包爆破径向应力衰减方程。随后对理想方程进行了修正,建立了条形药包爆破径向应力理论衰减方程。并利用已有试验结果对所获得的径向应力衰减方程进行了验证。 根据建立的条形药包爆破径向应力衰减方程,得出了浅孔爆破堵塞长度和条形硐室药包爆破药室间距理论计算公式;按推导的计算式设计了珠海西区机场路垭口条形药包爆破和高峰矿业有限责任公司地下采场浅孔爆破。随后对获得的应力波衰减方程在冲击波作用范围的适应性进行了验证。对照国内外研究成果,本文主要取得了如下创新性成果: a)将混沌理论引入本构方程的研究工作中,分析了爆破过程中混沌力学特征,提出了爆破系统是一种典型的混沌系统的学术观点;提出了破碎吸引面的概念,使爆破作用下的岩石本构方程的研究过渡到破碎吸引面本构方程的研究。 b)对爆破破碎过程的方向性,破碎块度分布的貌似随机性,岩石破坏强度的变化给出了合理的学术解释。 c)在破碎吸引面的基础上,分析了破碎吸引面与损伤的关系,进一步提出了破碎吸引因子或破碎吸引子的新概念,而后根据连续介质力学的唯象法,建立了岩石爆破作用下破碎吸引面动态本构方程。进一步发展和完善了爆破分形损伤理论模型。 d)提出了将条形药包柱部应力波当作柱面波、端部应力波当作球面波处理的应力波研究方法。获得了完全弹性介质条件下,球药包和条形药包径向应力衰减方程和矿岩介质条件下条形药包径向和端部轴向应力衰减方程。 e)在对应力衰减方程验证的基础上,应用该方程获得了炮孔药包堵塞长度和条形硐室药包药室间距计算公式。
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