不同围压下岩石爆破数值模拟研究

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由于浅部资源的减少及某些工程的需要,资源开采和隧道开挖都进入了深部地下。深部岩体往往处于高初始地应力环境中,爆破时,岩石在围压和爆炸载荷的共同作用下而破裂,这个过程非常复杂,不能用浅部岩体的爆破理论来分析。因此有必要对围压下岩石的爆破过程进行分析。本文针对不同围压下岩石在爆炸冲击载荷作用下的动态响应进行模拟研究,完成了如下的工作:(1)从理论上分析了岩石爆破的过程,结合岩石爆破过程,分析了爆炸载荷和初始应力的叠加。(2)利用ANSYS对带中心圆孔块体进行围压加载静力学数值模拟。在二维情况下,研究网格疏密程度对围压加载计算结果的影响。结果表明网格疏密与计算精度之间的非线性关系,在本文的计算模型中,网格尺寸为2/3mm时,数值模拟结果与解析解结果误差最小,网格变稀疏或变密都会使得误差变大。(3)采用隐式-显式序列求解方法和ANSYS/LSDYNA动态松弛方法进行动力学预应力模拟,对比研究两种加载方法对围压加载的影响。结果表明用动态松弛法进行围压加载更加方便,结果与理论解对比也比较准确。(4)利用ANSYS/LSDYNA对围压下中心孔爆破过程进行数值模拟,分别进行了单向围压、等值双向围压、不等值双向围压下的数值模拟,结果表明:围压对爆炸应力波的传播几乎没有影响;围压对爆炸裂纹的影响与围压在圆孔周围形成的应力集中区域有联系;围压对爆炸裂纹的扩展有抑制作用,Y方向的围压对X方向的裂纹扩展抑制明显;爆炸载荷与围压数值的数量级越接近,围压对爆炸裂纹的影响越显著。(5)利用自行构建的实验平台,进行了不等值双向围压岩石爆破模型实验,利用高速相机,分析得到岩石表面应变云图。将应变集中区域看做数值模拟中的裂纹生成区域,通过对比分析进一步论证数值计算的准确性。
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