动态载荷作用下岩石破裂过程的数值模拟

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冲击凿岩、爆破岩石及粉碎矿石,高地应力条件下的岩爆和冲击地压等问题的研究,高烈度地震区建筑物、山地边坡、坝基、地下洞室的合理设计等,都要求充分地掌握岩石动荷载作用下的动态力学性质和本构关系。研究岩石爆破机理、应力波传播规律、动态破裂等都是采矿工程领域所面临的关键性课题,因此,岩石的动态研究是很重要的研究课题。 本文用数值模拟方法,在岩石动态破裂过程方面开展了基本研究,主要内容如下:(1)对岩石动力学的研究历史,研究现状,以及未来的研究趋势简单的概述。对目前比较重视的数值模拟方法研究状况做了重点阐述, (2)对RFPA的动力学版本RFPA-Dynamics的基本功能进行了介绍。该程序能够考虑岩石材料的非均匀性,能够进行岩石在动态(冲击)载荷作用下变形与破裂过程的数值模拟。 (3)建立平板和圆盘基本试验模型,研究其中应力波的传播规律。首先模拟了在不考虑破坏过程情况下,均匀平板中波的传播规律,然后模拟这些试样在破坏过程中应力波的传播状况。最后,把数值模拟得到的应力场分布与动态光弹实验的结果进行了比较,证明应力波模拟的正确性。 (4)对一些较为典型的岩石基本力学试验破裂问题进行数值试验研究。包括对外载荷作用下细观上均匀与非均匀一维杆的破裂分析,细观上均匀与非均匀圆盘的动态破裂分析,宏观上含裂纹的圆盘动静态破裂分析。对岩石试件中裂纹的形成、扩展、相互贯通全过程进行研究,并把动态载荷作用下的岩石破裂过程与动态的结果进行了比较。数值模拟表明,动态载荷作用下岩石的破裂过程与其在静态载荷作用下的情形有很大的不同。
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