两孔同时起爆时岩石爆破裂纹区贯通的数值模拟

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爆破载荷作用下岩石的损伤与破坏过程是一个非常复杂的过程。两孔同时起爆时爆破损伤区发展规律研究对于认识光面爆破机理具有重要的理论意义。在充分认识岩石爆破损伤断裂机理的基础上,借助于数值模型模拟岩石爆破损伤的复杂过程,进而分析两孔同时起爆时爆破损伤区的贯通规律,是爆破理论与技术发展的主要课题。本文以岩石损伤理论为基础,研究岩石在爆炸应力波作用和爆生气体准静态作用下的损伤断裂机理。考虑岩石的非均匀性,建立了一个从细观层次上分析岩石破裂过程的非均匀模型,在此基础上考虑耦合装药时不同爆破应力波波形、不同孔间距、地应力及孔周切缝等四种情况下的爆破损伤的数值模拟,取得的研究成果包括:(1)本文将岩石的爆破损伤视为两个阶段,即爆炸应力波作用下的动态损伤阶段和爆生气体准静态压力场作用下的损伤阶段,并据此提出了相应的数值模拟模型,实现了岩石爆破损伤全过程的数值模拟;(2)研究了不同孔间距工况下两孔同时起爆时孔周损伤区发展及其相互贯通的基本规律,获得了使两孔周围损伤区相互贯通时的炮眼间距,该间距与前人的理论结果相一致;(3)数值模拟了不同地应力条件下岩石中双孔同时爆破时孔周损伤区的发展过程,证实了在初始地应力较大方向的裂纹扩展程度远远优先于另一方向,分析了不同地应力条件下孔周裂纹扩展及贯通的机理;(4)对炮孔孔壁在对称切缝条件下的爆破损伤区发展过程进行了数值模拟,再现了切缝药包爆破控制裂纹扩展方向的基本现象,探讨了切缝爆破裂缝扩展予以控制的力学机理。
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