深部岩体动态损伤与破裂过程PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1.1 深部开采面临的岩爆问题 1

1.1.1 岩爆的定义 3

1.1.2 开采诱发岩爆的因素分析 4

1.1.3 动态扰动是触发深部矿山岩爆的关键性因素 5

1.2 动态扰动作用下岩石破裂过程的研究现状 6

1.2.1 试验研究方面 6

1.2.2 理论及数值模拟研究方面 8

1.3 本书的研究工作 11

参考文献 14

第二章 动态扰动下岩石破裂的数值试验方法 22

2.1 动载荷与弹性波 22

2.1.1 静载荷和动载荷 22

2.1.2 弹性体的振动和弹性波 23

2.2 动态扰动激发的应力波 24

2.2.1 介质的弹性常数及弹性波类型 25

2.2.2 杆中的一维纵波 27

2.2.3 三维固体中的应力波 29

2.2.4 平板中的平面波 33

2.2.5 球面波与柱面波 34

2.2.6 应力波的反射与折射 36

2.2.7 应力波的能量及其衰减 38

2.3 动态扰动诱致的岩石破裂 39

2.3.1 动载荷（应力波）作用下岩石的力学特性 39

2.3.2 剥落破裂 42

2.3.3 会聚效应造成的破裂 46

2.4 岩石类介质非均匀性的表征方法 48

2.4.1 基于统计分布的方法 48

2.4.2 基于数字图像处理技术的方法 50

2.5 弹性动力学方程的有限元求解 56

2.5.1 中心差分法 57

2.5.2 线性加速度法和Wilson-θ法 57

2.6 动态应力作用下岩石的损伤力学本构关系 59

2.7 应力波诱致破裂的数值模拟程序——RFPA-Dynamics 62

2.7.1 材料参数的赋值 62

2.7.2 应力波诱发破裂的数值模拟流程 64

2.7.3 静-动组合加载下岩石破裂的数值模拟流程 65

2.7.4 结果显示及处理 67

2.8 RFPA-Dynamics的验证 67

2.8.1 与理论解的对比 67

2.8.2 对一维波传播过程的模拟 69

2.8.3 与试验结果的对比——巴西圆盘中的应力分布 71

2.8.4 动态破裂过程分析功能的验证 72

2.9 数值模拟与数值试验 74

2.10 本章小结 75

参考文献 76

第三章 动态剥落破裂的数值试验 79

3.1 平板波传播的数值试验 79

3.2 非均匀岩板试样的剥落破裂及动态剥落强度 80

3.2.1 非均匀岩板试样的数值模型 80

3.2.2 数值试验结果及分析 81

3.2.3 非均匀性对动态强度的影响 83

3.2.4 应力波作用时间对试件剥落模式的影响 86

3.3 单骨料混凝土板中的应力波传播及动态剥落 89

3.3.1 数值模型 89

3.3.2 应力波的传播及其诱致的破裂 90

3.3.3 不同应力波作用时间时试样的破坏过程 92

3.3.4 不同应力波峰值时试样的破坏过程 93

3.3.5 试样中的应力变化 95

3.4 混凝土杆试样的动态剥落破裂 96

3.4.1 混凝土杆状试样数值模型 96

3.4.2 混凝土试样在静态载荷下强度 97

3.4.3 动载荷作用下非均匀混凝土试样的破裂 99

3.5 混凝土梁的动态剥落破裂 102

3.5.1 混凝土梁的数值模型 102

3.5.2 砂浆梁试样的剥落破裂过程 103

3.5.3 应力波作用时间对梁剥落破坏的影响 103

3.5.4 应力波峰值对梁剥落破坏的影响 106

3.6 本章小结 109

参考文献 109

第四章 岩石爆破损伤的数值试验 110

4.1 岩石爆破损伤研究的意义 110

4.2 爆炸载荷下岩石的力学响应 111

4.3 岩石爆破损伤的研究现状 112

4.3.1 岩石爆破作用机理 112

4.3.2 岩石爆破损伤模型及数值模拟 114

4.3.3 地应力的影响 119

4.3.4 切缝药包定向断裂爆破 121

4.4 岩石爆破损伤的数值计算模型 124

4.4.1 爆破应力波 124

4.4.2 爆破应力波的传播特征与衰减规律 125

4.4.3 爆生气体的膨胀压力 126

4.4.4 力平衡方程 127

4.4.5 初始条件和边界条件 128

4.4.6 岩石爆破损伤的本构关系 128

4.4.7 方程的有限元求解及其验证 129

4.5 应力波作用下单孔爆破损伤的数值模拟 136

4.5.1 与文献［27］结果的对比分析 136

4.5.2 爆生气体压力作用的影响 142

4.6 两孔爆破损伤数值试验 146

4.6.1 岩体爆破损伤的力学模型 146

4.6.2 应力波单独作用下双孔爆破损伤数值试验 146

4.6.3 爆破应力波和爆生气体共同作用下双孔爆破损伤数值试验 150

4.6.4 炮孔间距影响规律的数值试验 155

4.7 地应力对爆破损伤及裂纹扩展的影响 162

4.7.1 地应力分布的一些基本规律 162

4.7.2 单孔单向地应力下爆破损伤的数值试验 163

4.7.3 双孔双向地应力下的爆破损伤的数值试验 167

4.8 切缝爆破成缝规律的数值试验 169

4.8.1 定向切缝控制爆破原理 169

4.8.2 数值模型及计算结果分析 172

4.9 本章小结 177

参考文献 178

第五章 动载荷作用下岩石试样的破裂过程 187

5.1 平面压缩应力波作用下岩石的破裂过程 187

5.1.1 应力波幅值的影响 187

5.1.2 应力波持续时间的影响 189

5.2 巴西圆盘试样的动态破裂过程 192

5.2.1 数值模型 192

5.2.2 静载荷作用下的破坏过程 193

5.2.3 动载荷作用下的破坏过程 196

5.3 含预裂纹巴西圆盘试样的动态破裂过程 207

5.3.1 含预裂纹巴西圆盘试样的数值模型 207

5.3.2 静载荷作用下的破裂过程 208

5.3.3 动载荷作用下的破裂过程 211

5.4 不规则岩块的破裂过程 215

5.4.1 不规则岩块的数值模型 216

5.4.2 不同动态应力波幅值对破裂过程的影响 216

5.4.3 不同动态应力波持续时间的影响 219

5.5 冲击载荷作用下球形试样的破碎过程 220

5.5.1 相似模拟试验简介及数值模型 220

5.5.2 试样中应力分布的数值试验 221

5.5.3 球试样破碎过程的数值试验 223

5.6 本章小结 224

参考文献 225

第六章 静-动组合加载下岩石的破裂过程 228

6.1 岩石破裂的SHPB试验及结果 228

6.1.1 SHPB试验设备及其原理 228

6.1.2 磁铁矿石试验结果分析 231

6.1.3 片麻岩试验结果分析 234

6.2 SHPB试验中应力波传播的一维波动理论分析 236

6.2.1 一维波动理论及分析程序 236

6.2.2 程序验证 239

6.2.3 不同冲头形状时SHPB试验的一维波动分析 241

6.3 SHPB试验中的应力波传播过程分析 242

6.3.1 开展SHPB试验数值模拟的必要性 242

6.3.2 数值模型的建立 244

6.3.3 数值试验结果分析 245

6.4 动态扰动下岩石破裂过程的数值试验 249

6.4.1 应力波的作用时间对损伤机制的影响 249

6.4.2 应力波峰值对损伤机制的影响 252

6.4.3 岩石均质度的影响 256

6.5 静-动组合加载下岩石破裂过程的数值试验 258

6.6 本章小结 263

参考文献 263

第七章 动态扰动触发深部岩巷岩爆的数值试验 265

7.1 静态地应力条件下巷道围岩的应力分布及破裂特征 265

7.1.1 地下巷道的力学模型 265

7.1.2 巷道周边的应力分布 265

7.1.3 RFPA-Dynamics程序用于巷道围岩损伤及破坏的验证 269

7.1.4 不同断面形状巷道的破坏过程分析 274

7.2 动态扰动触发深部巷道失稳破裂的数值试验 281

7.2.1 圆形巷道的数值模型 281

7.2.2 动态扰动触发岩巷岩爆的机理分析 282

7.3 本章小结 289

参考文献 290

索引 292