爆生氣體作用下岩石裂紋的力學行為及擴展模型研究

《爆生氣體作用下岩石裂紋的力學行為及擴展模型研究》是依託吉林大學，由沈世偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：爆生氣體作用下岩石裂紋的力學行為及擴展模型研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：沈世偉
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

在隧道等地下工程爆破施工中，超欠挖現象嚴重影響隧道施工期安全。如何獲得爆生氣體作用下岩石裂紋的擴展方向和長度，及其與既有裂隙的貫通形式與互動作用，是提高隧道光面爆破技術水平的核心問題。本項目以爆炸力學及線彈性斷裂力學為理論基礎，採取實驗研究、理論分析與現場實際驗證相結合的手段，重點研究爆生氣體作用下岩石裂紋的力學行為及其擴展模型。首先，基於爆炸力學理論，獲得爆生氣體膨脹壓力隨時間變化規律；在此基礎上採用線彈性斷裂力學方法，建立爆生氣體作用下岩石裂紋的擴展及止裂準則，計算裂紋的最終長度；通過爆生氣體作用下岩石裂紋形態特徵實驗，研究爆生裂紋的長度、方向等形態特徵及其與既有裂隙的互動作用；建立基於解析計算與室內實驗的爆生氣體作用下岩石裂紋擴展模型。本項目的研究，可為豐富和發展岩石爆破理論，提高隧道光面爆破技術水平，提供理論依據與技術支持，對解決隧道等地下工程爆破中的超欠挖問題有重要的價值。

結題摘要

在隧道等地下工程爆破施工中，超欠挖現象嚴重影響隧道施工期安全。通過對大量隧道超欠挖現象的現場調研發現，當周邊孔附近出現傾斜節理時，隧道超欠挖現象尤為明顯。如何獲得爆生氣體作用下岩石裂紋的擴展方向和長度，及其與既有裂隙的貫通形式與互動作用，是提高隧道光面爆破技術水平的核心問題。為解決這一問題，本項目採取試驗研究、理論分析與現場驗證相結合的手段，重點研究爆生氣體作用下岩石裂紋的力學行為及其擴展模型。首先，基於爆炸力學理論，揭示了爆生氣體的流動特性，並獲得了作用於岩石裂紋上的爆生氣體爆轟壓力及膨脹壓力隨時間的變化規律；在此基礎上，基於線彈性斷裂力學理論，推導了爆生氣體作用下岩石裂紋尖端應力場、位移場及應力強度因子的演化規律；同時基於格里菲斯破壞判據，建立了爆生氣體作用下岩石裂紋的擴展及止裂準則。另一方面，進行含有傾斜預製裂隙的雙炮孔爆破動焦散線試驗，採用高速攝影手段，通過各時刻爆生裂紋尖端焦散斑運動規律，獲得了裂紋擴展速度、加速度及爆生裂紋尖端應力強度因子的變化規律，同時揭示了爆生裂紋與預製裂隙的互動作用規律，獲取了不同節理產狀及位置時試件的最終破裂形態，並推導了裂紋最終長度及擴展方向的解析解；最終，通過現場調研，獲取了不同節理條件下的隧道爆破效果，結合節理岩體隧道爆破的力學作用，建立相應的力學模型，獲得了節理對爆破岩體強度、波阻抗及彈性性質的影響規律；基於波動力學理論，推導了單條及多條節理對爆炸應力波的阻隔作用及其衰減規律，揭示了節理產狀對隧道爆破成型效果的影響，建立了爆破作用下岩體破壞模型。本項目的研究，可為豐富和發展岩石爆破理論，提高隧道光面爆破技術水平，提供理論依據與技術支持，對解決隧道等地下工程爆破中的超欠挖問題有重要的價值。