项目名称: 深井分区破裂围岩在爆炸荷载下的含损伤动态本构模型及应力波传播规律

项目编号: No.11472007

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 穆朝民

作者单位: 安徽理工大学

项目金额: 82万元

中文摘要: 以两淮矿区深部高应力矿井分区破裂围岩在爆破荷载下失稳为背景,紧密围绕高应力围岩交替破裂区域在强动荷载作用下的损伤破坏形式和强应力波传播特征,基于霍普金森压杆、岩石三轴实验机、同步辐射光等实验方法,研究爆炸荷载下横观各向同性和正交各向异性分区围岩的动态力学特性,建立反映其非线性效应、应变率效应和损伤软化效应的各向异性含损伤动态本构关系,给出适合应力波分析和数值计算的简明形式和嵌入流程;以冲击波识别、拉压交界面波相互作用和界面跟踪为目标,完善和发展波传播的奇异面理论和特征理论,将特征理论和差分及有限元方法各自优点相结合,建立广义特征理论的拟特征混合算法, 发展高精度算法和格式以提高应力波传播及损伤破坏效应的识别精度。 根据建立的动态损伤本构模型和数值方法结合模型实验、现场试验揭示深井分区破裂围岩中爆炸应力波传播、衰减及破坏效应物理本质,为改善爆破效果和提高围岩稳定性提供科学依据。

中文关键词: 岩石动力学;分区破裂;爆炸荷载;应力波;本构模型

英文摘要: Based on the background of zonal disintegrated rocks instability in deep coal mines of great strata stress in Huainan and Huaibei Coal Mining Areas, focused on damage forms and stress wave propagation in zonal disintegrated surrounding rocks under great strata stress, dynamic mechanical character of zonal disintegration of surrounding rocks at different transverse isotropy and transverse anisotropy, which are caused by blasting, are investigated by using material testing machine, split Hankinson pressure bar(SHPB), light gas gun(LGG), triaxial rock material testing machine, synchrotron radiation light. Anisotropic damage evolution equation and dynamic constitutive relationship are established which include nonlinearity, strain rate effect and damage softening effect. The concise forms and embedded processes suitable for stress wave analysis and numerical calculation are obtained according to established constitutive equations. Aiming at shockwave recognition, elastic-plastic interface tracking and stress wave interaction at different material interface, in the study the theory of singular surface and characteristic theory of stress wave propagation are to be improved and developed. Based on the combination of advantages of characteristic theory, difference method and finite element method, Quasi-Characteristics Algorithm of generalized characteristic theory are obtained to improve high-precision algorithm and format, which improve the recognition accuracy of stress wave propagation and damage effect of zonal disintegration of surrounding rocks. According to the established constitutive relationship of dynamic damage evolution, numerical method, field and laboratory experiments, physical nature of stress wave propagation, attenuation and damage effect can be revealed. Reasonable application of the research results provides a scientific basis for improving basting quality and surrounding rock stability.

英文关键词: rock dynamics;zonal disintegration;explosion load;stress wave;constitutive model

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