【摘要】：伴隨我國對深部地下工程的重視,深部隧道及深部高應力條件下水利水電工程建設快速發(fā)展,爆破作為深部地下巖體開挖的重要手段之一,圍巖在循環(huán)爆破作用下力學性能不斷劣化,損傷持續(xù)累積誘發(fā)圍巖失穩(wěn),致使出現(xiàn)隧洞坍塌現(xiàn)象,威脅工程人員的安全。研究在循環(huán)爆破作用下隧洞圍巖巖體漸進性破壞,對于揭示巖體破壞機理、力學性質劣化及后期支護結構設計具有重要的指導意義。本文依托國家自然科學基金“循環(huán)爆破荷載作用下隧洞圍巖損傷演化機理研究(51579142)”。通過基本理論與LS-DYNA數(shù)值模擬分析探討圍巖在循環(huán)爆破動荷載作用下?lián)p傷破壞,具體研究成果如下:(1)總結目前國內外理論方面與數(shù)值模擬方面關于循環(huán)爆破動荷載作用于隧洞圍巖的相關成果,指出目前存在的不足與問題。(2)以爆破作用下巖體破壞的基本理論為基礎,探討炸藥隨時間變化歷程及巖體的漸進性破壞,確定了圍巖損傷破壞的變量D。(3)借助廣義胡克定律對脆性巖體材料本構關系進行完善;通過利用巖體最大拉應變準則和巖體摩爾-庫倫準則對循環(huán)爆破作用下巖體漸漸性破壞做出判斷,借助損傷變量D(D0≤D≤1)的不同值來表征巖體的損傷情況:D=D0時,巖體為具有初始損傷巖體(D0可以等于0,此時巖體為完整巖體);D0D1時,巖體在初始損傷基礎上出現(xiàn)不同程度損傷破壞;D=1時,巖體完全破壞,發(fā)生斷裂。并通過損傷累積(?)來表征隧洞圍巖在循環(huán)爆破作用下的持續(xù)累積損傷破壞。(4)借助LS-DYNA有限元軟件,揭示了爆破作用下應力峰值存在于炮孔處,并呈輻射狀向四周輻射。巖體損傷破壞Y方向比X方向相對嚴重,其破壞方式以壓剪破壞為主,伴隨拉伸破壞。(5)通過對比單次爆破與循環(huán)爆破對巖體破壞,揭示了巖體損傷破壞具有明顯記憶性,巖體損傷雖不斷衰減,但損傷仍持續(xù)累積。說明地下巖體工程宏觀失穩(wěn)現(xiàn)象是由循環(huán)爆破引起巖體累積損傷作用引起的,并非一次爆破造成。(6)通過對比6個和4個平行布置炮孔循環(huán)爆破對圍巖的損傷破壞發(fā)現(xiàn),6個炮孔對圍巖的損傷更加的劇烈,范圍更加廣泛,但其差距主要集中在前幾次循環(huán)爆破,隨循環(huán)爆破次數(shù)的增加,不同炮孔數(shù)量對同一處圍巖的損傷破壞逐漸衰減,且損傷程度逐漸趨于相同。本文以巖石爆破基本理論為基礎,借助LS-DYNA數(shù)值模擬對循環(huán)爆破動荷載作用下圍巖損傷性破壞做出相應的探討與研究,對進一步探究巖體累積損傷破壞與現(xiàn)場圍巖支護具有一定的理論指導意義,對實現(xiàn)隧洞爆破施工技術創(chuàng)新提供一定參考。
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 選題的依據(jù)和研究意義近年來伴隨一帶一路計劃的實施，水利水電工程、礦山巷道和隧道工程等工程項目作為我國經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分得到大力發(fā)展，截至目前為止，我國已成為世界上深部地下空間發(fā)展規(guī)模最大、技術發(fā)展最為迅速的國家之一，而且因土地資源短缺，隧道工程與地下工程將得到更大發(fā)展，其發(fā)展在向著“長、大、深”等方向進行。對于多數(shù)在建、已建的隧道工程，相繼都遇到過不少圍巖變形破壞的問題，而對于隧道工程施工目前大多仍采用鉆爆法施工，巖石（體）在循環(huán)爆破動荷載的作用下，巖石損傷具有明顯記憶性，且隨爆破荷載的發(fā)生巖石損傷劣化不斷累積[1]，由此對圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。隧道圍巖破壞的示意圖如圖 1.1 所示，研究圍巖損傷、裂隙如何發(fā)育至貫穿整個巖石體，對于圍巖穩(wěn)定性及后期支護工程的優(yōu)化具有重要的指導意義。

山東建筑大學碩士學位論文第 2 章 爆破損傷破壞基本理論2.1 巖石爆破破碎機理探究巖石爆破破碎機理，需先對爆破荷載隨時間變化歷程弄清楚，圖 2.1 所示[46]示意圖形象的描述了圍巖巖體爆破開挖時柱狀炮孔爆破荷載隨時間的變化過程，其過程大致可以分為 3 個部分：①炮孔內火藥起爆，炮孔內爆破荷載隨爆炸沖擊波的傳播開始急速上升，如圖 2.2（a）所示；②隨爆炸沖擊波的進一步傳播，在瞬間超高溫、超高壓的爆生氣體的作用下炮孔周圍巖體發(fā)生破壞，，出現(xiàn)巖體裂紋萌生等現(xiàn)象；③炮孔口處的堵塞物被爆生壓縮氣體作用整體拋出，與此同時超高溫、超高壓氣體外溢，炮孔內爆破荷載急速衰減。
【學位授予單位】：山東建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U451.2

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本文編號：2591889