详情

原文传递地应力与爆破耦合作用下活动断裂岩体损伤及动力响应研究

论文题名：	地应力与爆破耦合作用下活动断裂岩体损伤及动力响应研究
关键词：	隧道工程;爆破作用;地应力;活动断裂岩体;结构损伤;动力响应
摘要：	时至今日，钻爆法仍然广泛应用于工程岩体开挖等领域，若爆破参数设计不当可能导致地下工程岩体超挖、欠挖，甚至引发围岩失稳，造成严重的安全事故和经济损失。此外，岩石在高应变率条件下，如受到爆炸或冲击的扰动，其力学性能会较准静态条件下发生显著改变，因而爆炸与冲击作用下岩石材料的动态力学响应问题一直受到学界和工程界的广泛关注。　　我国西部是世界上地质构造运动最为活跃的地区之一，频繁的地质构造运动造就了大量的断裂带，其中为数众多的断裂带在第四纪以来依然具有活动性，对西部地区交通、水利、能源开采等基础设施的建设造成了巨大的影响。已开工建设的西南某铁路工程沿线发育了五十余条活动断裂，分布的密集程度和活动的频繁程度举世罕见。此外，该铁路沿线山高谷深，地形起伏巨大，众多隧道面临着大埋深及高地应力所带来的负面影响。在高地应力、断裂错动等不利条件下，岩体的爆破损伤过程与常规条件下存在较大差异。　　因此，深入研究地应力与爆破耦合作用下活动断裂岩体的损伤机理及动力响应特征,揭示断裂岩体在动荷载条件下的力学性能，对于保障活动断裂区域工程的安全建设及运行具有重要的意义。本文以西南某铁路隧道工程为依托，采用理论研究、数值计算和动态力学试验等手段，研究了高地应力、断裂错动等因素对活动断裂岩体爆破损伤机理及动态力学响应特征的影响规律，揭示了断裂岩体在高应变率条件下的力学性能及损伤演化特征，主要研究内容如下: 　　(1)基于动力有限元程序建立了活动断裂岩体爆破数值模型，采用RHT本构模型对断裂两盘岩体进行模拟，研究了不同地应力条件下活动断裂及其两盘岩体的爆破应力波传播过程、等效应力和主应力演化特征，揭示了断裂两盘岩体的二维和三维损伤演化机理，并分析了滑移错动对活动断裂岩体动态力学响应的影响规律。　　(2)为了分析断裂岩体在动荷载下的损伤与力学响应特征，对含有夹层结构的岩石试样开展冲击试验。分别制备了含有普通水泥砂浆、泡沫水泥砂浆和沥青水泥砂浆作为夹层材料的岩石试样，对试样开展不同加载应变率下的霍普金森压杆试验，分析了冲击应变率及夹层材料类型对试样动态强度、能量演化和破坏形态的影响机制。　　(3)基于Weibull分布和D-P强度准则建立了适用于一维冲击试验的岩石动态损伤本构模型，基于试验应力—应变关系对本构模型参数进行取值，揭示了试样的整体损伤过程，提出起始损伤系数和损伤速率对试样的损伤过程进行了评价。以西南某铁路隧道实际工况开展爆破和冲击试验数值计算，揭示距炮孔不同距离处岩体损伤演化过程。
作者：	姜旭东
专业：	岩土工程
导师：	薛翊国;邱道宏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023