《不同原岩初始應力梯度下的岩體動態擾動回響機理研究》是依託中南大學，由陶明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：不同原岩初始應力梯度下的岩體動態擾動回響機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陶明
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深部硐室圍岩具有高初始應力，而且初始應力呈梯度變化。項目提出爆破等動態載入下深部硐室圍岩的受力為“初始應力梯度+動力擾動”的組合作用模式，擬利用SHPB動靜組合載入試驗平台，加工中間開孔的條形岩石試樣，使得試樣在承受軸向靜態載入時孔洞周邊產生一維初始應力梯度，從而試驗得出試樣在承受衝擊載荷時應力梯度區的破壞情況。針對深部岩體處於三維應力狀態的特點，建立深部硐室三維有限元模型，採用隱式-顯式混合求解的方法，實現深部硐室的靜態應力初始化和動態載入過程的順序求解，數值模擬原岩初始應力梯度和動態載荷對岩體破壞的影響。在實驗和數值模擬的基礎上，構建組合應力作用下岩石破壞過程的演化模型，理論推導出動載荷在初始應力單調遞增、遞減和有序變化的介質中傳播的控制方程，獲得這些特殊應力環境下岩石的動態載入回響機理，揭示組合應力下岩石破壞的發生機制，為深部岩體的災害預控和安全開挖提供理論依據。
結題摘要
在淺部資源逐漸減少的背景下，資源開採逐漸進入深部。然而，隨著資源開採深度的增加，地應力呈非線性增加趨勢，使得岩體處於高初始應力的複雜環境中，出現了岩爆、板裂、分區破裂等不同於淺部岩石力學的特殊破壞現象和工程災害，嚴重製約了深部資源開採和深部工程建設。基於此，針對深部岩石具有初始應力梯度和承受來自鑿岩爆破等動載荷這一組合應力的特點，本項目提出動載荷作用下深部硐室圍岩載入的力學機制是“初始應力梯度+動力擾動”的組合應力作用。 主要研究內容、重要結果以及關鍵數據為：（1）以改進的Split Hopkinson Pressure Bar試驗平台為基礎，通過加工帶孔洞的圓柱形試樣，試驗了一維初始應力梯度下岩石的衝擊破壞過程，試驗結果表明應力梯度區是岩石破壞的敏感區域。（2）設計了有圍壓情況下的衝擊層裂試驗，研究了圍壓對岩石軸向層裂發生的影響，獲得了岩石的軸向層裂強度和初始圍壓之間的關係。（3）運用數值模擬的方法實現了深部巷道的應力初始化和動態載入過程的求解，獲得了三維應力狀態下不同的初始應力梯度和衝擊載荷組合作用下的岩石破壞特徵，同時，利用LS-DYNA軟體建立了動力擾動從深部向地表傳播，導致地表層裂的過程，實現了應力波在初始應力梯度變化區域的傳播，證明了應力梯度越大對應力波傳播的影響越大。（4）利用數學物理方法和應力波理論分析出應力波在初始應力逐漸遞增、遞減和有限變化的介質中傳播的控制方程，獲得了原岩初始應力和初始應力梯度對應力波傳播的影響。 科學意義：該項目綜合考慮了初始應力梯度和應力波的組合作用，研究和揭示了深部組合應力條件下岩石的動力擾動破裂機理，研究成果一方面可為深部工程開挖設計和解釋深部一些特殊現象的基本理論依據；另一方面也可為地震波等應力波在初始應力有序變化的介質中的傳播問題提供理論支撐，具有重要的理論意義和實際工程套用價值。
