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节理裂隙岩体爆破数值模拟研究

王洋  
【摘要】:近几十年来,国内外学者对岩体中应力波的传播规律做了大量研究,具有一定的广度和深度。但研究主要集中于均质、完整的岩石,对于存在节理裂隙的岩石,仅是理论的研究得到了发展,缺少对其定量的分析。自然界岩体多处于真三轴应力状态下,而大多研究局限于二向度分析,对三维岩体行为之仿真则较少。天然生成的岩石其内部普遍含有大量的原生裂纹,在空间上随机分布,也就是说,岩体在未承受外荷载时已经存在一定程度的损伤,当这样的岩体承受外荷载(如爆炸)时,原生裂纹就要与爆炸应力波发生相互作用,形成散射波,岩体在入射波和散射波共同作用下遭到破坏。在以往的研究中,人们往往忽视了岩体中原生裂纹的影响,因而所得的结果必然与实际有所差别。 本文采用LS-DYNA与离散元软件3DEC相结合的方法,结合贵州遵义新火车站站前广场石方控制爆破工程,研究闭合型宏观裂隙岩体的爆破机理,得出爆炸应力波在多条裂隙中的传播规律。3DEC是基于UDEC开发的处理不连续介质的三维离散元程序,用于模拟非连续介质(如岩体中的节理裂隙等)承受静载或动载作用下的响应。主要研究工作以及创新成果包括以下几个方面: (1)闭合型宏观裂隙阻碍爆炸应力波的传播。由模拟结果可以看出,边坡爆破中应力波的分布并不均匀,应力波主要朝自由面的方向传播; (2)闭合型宏观裂隙的数量影响爆炸应力波的传播。相对于完整模型,两条平行裂隙将应力区域划分成三部分,相交裂隙的应力区域分散更明显; (3)裂隙的存在影响最小主应力的幅值。当有裂隙存在时,最小主应力降低的较快,当有两条平行裂隙时,最小主应力幅值降低了约20%,裂隙成相交状态时,最小主应力幅值降低了约30%。


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