爆破载荷下围岩的稳定性.ppt

《爆破载荷下围岩的稳定性》 2005.12.24 当外载荷作用于可变形的固体的局部表面时， 一开始只有直接受到外载荷作用的表面部分的介质质点因变形而离开了初始平衡位置，由于这部分介质质点与相邻介质质点发生了相对运动，必然将受到相邻质点的作用力，同时也给相邻介质质点予反作用力，因而使相邻介质质点离开平衡位置而运动起来。由于质点的惯性，相邻介质质点的运动将滞后于表面介质质点的运动。依次类推，外载荷在表面引起的扰动将在介质中逐渐由近及远传播开去。这种扰动在介质中的由近由近及远的传播即是应力波。其中的扰动与未扰动的分界面称为波阵面，而扰动的传播速度称为应力波波速。 主要内容 一、应力波基础知识 二、岩石动力学实验技术 三、数值分析 四、前人研究结论成果 一、应力波基础知识 无限介质中的弹性应力波 一维长杆中的应力波 应力波反射叠加引起的破坏 岩石中的爆破应力波 1 无限介质中的弹性应力波方程 弹性波的两种基本形式：无旋波和等容波 波动方程统一形式如下： 2 一维长杆中的应力波 基本假设一：杆截面在变形过程中保持平面，沿轴向只有均布的轴向应力。使得各运动参量都只是X和t的参数，问题化为一维。 基本假设二：材料的本构关系限于应变率无关理论，不考虑应变率对应力的影响。 一维杆中纵波的控制方程如下： C为一维杆中的应力波速度 2.1 一维杆中应力波方程求解 2.2 弹性波在固定端和自由端的反射 有限长杆中的弹性波传播到另一端时，将发生反射，边界条件决定反射波的性质。入射波与反射波的总效果可按叠加原理确定。 2.3 HOPKINSON.J落重冲击拉伸实验 一端固定的钢丝悬挂着一物体，重物从距离物体h处下落（如图所示），结果，钢丝断开，被拉断的一端是B。在固定端最早达到反射后的应力叠加，大小为原来两倍。 3 应力波反射叠加引起的破坏 　　　入射到自由表面的压缩波经反射会形成拉伸波。这些反射回来的拉伸波将与入射压缩波的后续部分相互作用，其结果有可能在邻近的自由表面附近造成拉应力，如果所形成的拉应力满足某种动态的断裂准则，则将在该处引起材料破断，裂口足够大时，整块的裂片便会携带着其中的动量而飞离。 　　　层裂的过程中，在第一层层裂出现的同时，也形成了新的自由表面，继续入射的压力脉冲在此新的自由表面反射，从而有可能造成第二层层裂。依次类推，在一定条件下会形成多层层裂。 4 岩石中的爆破应力波 炸药爆炸在岩石中激起的应力波（爆炸应力波主要是弹性应力波） 爆炸应力波在岩石中的传播方式及过程 4.1 爆炸载荷 耦合装药：炸药充满整个药室径向空间，不留有任何空隙。反之，不耦合。 4.2 岩石中的应力波速 弹性波在介质中的传播速度仅与介质密度ρ及其动力变形参数Ed，μd有关。因此可以通过测定岩体中的弹性波速来确定岩体的动力变形参数。 4.3 岩体中应力波波速的测定 地震法 声波法 4.4 岩石中的应力波波速 岩石中的应力波速度大小是岩石孔隙率、弹性模量、结构完整性等的综合反应。利用实验测得的岩石（岩体）内纵波和横波速度，可以计算得到岩石的动态弹性模量和动态泊松比等性质参数。 不同岩性岩体中传播波速不同，岩体愈致密坚硬，波速愈大，反之，则愈小。 沿结构面传播的速度大于垂直结构面传播的速度。 在压应力作用下，波速随应力增加而增加，波幅衰减少；反之，在拉应力作用下，则波速降低，衰减增大。 随岩体中含水量的增加导致弹性波速增加。 岩体处于常温时，波速随温度增高而降低。反之相反 4.6 岩石中爆炸应力波的衰减 爆炸源近区，冲击波压力衰减规律： 4.7 相关研究现状 应力波通过结构面的传播—结构面两侧为相同岩石的应力波反、透射；结构面两侧岩石可自由滑动时的应力波反、透射。 层状岩石中应力波的传播—利用等效波阻抗法分析单频应力波通过岩石夹层的透射；三角形应力波通过夹层的透射；李夕兵等总结不同应力波形通过夹层的透射应力特征。 顺岩石表面传播的应力波—瑞利表面波、勒夫表面波、纵波（膨胀波）沿边界的传播；平板中波的传播。 卢爱红通过数值模拟手段对应力波在粘弹性介质中传播规律的分析.得到:应力波频率越高衰减幅度越大;波速增加,衰减系数越小;延迟时间的增加导致衰减系数增大。 相关研究现状 中国矿业大学的单仁亮利用SHPB对花岗岩、大理岩的本构关系进行研究。得到：花岗岩峰前应力应变曲线大多近似直线，说明在这阶段岩石具有良好的线弹性；而峰后冲击速度低则曲线出现回弹，冲击速度高则曲线中随应变增加应力不断降低