《基於連續退化計算的各向異性岩體爆破損傷研究》是依託中南大學，由劉科偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於連續退化計算的各向異性岩體爆破損傷研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉科偉
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在對爆破荷載作用下地下岩體結構進行穩定性分析時，構建基於連續退化計算的各向異性岩體模型能夠更加準確地評估爆破荷載作用下的岩體損傷，目前這方面的研究鮮有報導。本項目以等效岩體材料屬性方法考慮節理和裂隙的影響，獲得岩體三個方向的等效初始破壞值，以等效岩石材料硬度和強度的連續退化研究各向異性破壞累計並利用主拉應變的指數函式對其進行計算，同時，結合一系列小規模的爆破試驗，驗證所建立的岩體各向異性等效材料模型，實現對各向異性岩體的連續損傷計算。在此基礎上，將該模型套用到地下岩體結構的爆破損傷分析中，進一步研究地下岩體結構對應力波主頻、頻帶內容和能量分流的影響機理。項目研究不僅可以用來評估地下岩體結構在爆破荷載作用下的穩定性，還可以在工程實踐中正確指導爆破作業，更重要的是，採用各向異性破壞理論分析爆破荷載作用下的岩體損傷，為深入認識岩體在高應變率動態荷載下的岩體行為提供了更為豐富的研究手段。
結題摘要
研究三維各向異性岩體模型以便更加準確地評估爆破荷載作用下的岩體行為具有極其重要的研究和套用價值。但採用各向異性破壞理論針對高應變率動態荷載作用下（如爆破荷載下）岩體行為進行的研究相對較少。為此，本項目採用等效岩體材料屬性方法考慮節理和裂隙的影響，以等效岩石材料硬度和強度的連續退化研究高應變率動態荷載作用下的各向異性破壞累計並對其進行計算。 項目首先在選定的試驗場地開展了初步的工程地質調查，對試驗場地內的岩體進行了現場取樣，獲得了實驗場地內岩石的物理力學參數。接下來，在包含採空區在內的露天礦試驗台階上開展了一系列小規模爆破試驗，在事先布置的測點處利用測振儀對現場爆破試驗引起的應力波速度時間歷史數據進行了採集，並對其加以分析獲得了試驗場地內的應力波質點振動峰值速度經驗衰減規律、應力波主頻經驗衰減規律以及相應的傅立葉頻譜。採用與爆破試驗中相同的炸藥量對建立的各向異性連續破壞模型進行數值計算，在模型中提取與試驗測點相同位置處的數值計算結果，在參數研究的基礎上以應力波速度時間歷史數據對建立的各向異性連續破壞模型進行數值驗證，得到符合試驗場地實際的數值計算模型，據此反推出實驗場地內岩體的三維各向等效材料屬性。其次，通過提高模擬炸藥量，並在模型中的岩體表面及採空區鄰近圍岩處設定更為豐富的目標點，對不同炸藥量下的爆破情況進行了數值模擬。最後，在計算結果中提取出了不同炸藥量下目標點處的應力波數據，得出了較高爆破能量下採空區鄰近圍岩中的質點振動情況以及岩體結構的損傷情況，揭示了地下岩體結構的存在對應力波主頻、頻帶內容及能量分流的影響機理。獲得了採空區在鄰近台階爆破荷載下的安全距離經驗公式。目前該成果已在欒川三道莊鉬礦的露天台階爆破設計和操作過程中獲得推廣套用。
