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本文从岩石的变形特点和破坏特征出发,考虑了岩石的不均匀性以及应力波特征的影响,运用自行开发的“岩石破裂过程分析系统RFPA-Dynamics”对岩爆机理进行了深入的数值模拟研究。主要完成了以下工作:
(1)概述了国内外岩爆研究的历史、现状及发展趋势,指出了进行动力扰动诱发岩爆研究的必要性和迫切性。
(2)总结了岩爆机理的研究现状,分析了深部岩石力学性质对岩爆的影响。
(3)建立数值模拟模型,模拟不同均匀程度岩石的破裂过程以及同一岩石在不同应力波的作用下的破裂过程。研究表明,在均匀性较高的岩石中,更容易发生岩爆;在高幅值的应力波作用下,岩石破坏以及岩爆也更强烈。对有围压的情况下的岩石破坏进行了数值试验,发现在一定围压作用下,岩石抵抗扰动的能力增强,但是当围压增大到一定程度,其破裂或岩爆的发生具有突然性。
(4)从岩石的声发射和失稳前兆信息角度出发,充分考虑到岩石这种地质材料的非均匀性特征,用数值计算方法模拟了岩石破裂过程中的声发射现象。模拟结果再现了声发射在时间分布上的前震、主震和余震序列特征,以及在空间分布上的从无序到有序的分布特征。
(5)在系统失稳理论的基础上,研究了静载荷以及应力波作用下矿柱的岩爆过程。并通过数值模拟,进一步分析了矿柱内缺陷损伤演化到发生大规模突然破坏的过程。