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爆炸荷载作用下含裂隙锚固洞室的损伤演化及动态响应规律

2020-12-02阅读(174)

爆炸荷载作用下含裂隙锚固洞室的损伤演化及动态响应规律

论文摘要

锚固洞室在爆炸荷载下的动态响应和损伤分布较为复杂,尤其是当洞室围岩中含有裂隙等缺陷时,破坏影响因素众多,锚固洞室的动态响应和损伤分布更为复杂。为了能够给含裂隙锚固洞室在爆炸荷载作用下的设计提供参考,本文基于模型试验结果,利用数值分析方法模拟了锚固洞室顶部存在不同形态裂隙时的损伤分布和动态响应,主要研究内容和结论如下:(1)通过对比无裂隙锚固洞室数值分析和模型实验的结果,发现数值分析和模型实验中相同位置的压应力时程曲线相似且数值分析的损伤分布和实验结果中的裂纹区域相同,证明数值分析中的数据比较可靠;对比锚杆间距和长度不同时的洞室损伤分布,发现最大拉伸损伤区域主要集中在锚固区内和锚固区边界处,通过对比损伤面积,得到最佳锚杆间距和长度分别为4cm和24cm。(2)通过研究单裂隙的长度、倾角、位置对锚固洞室的损伤分布和动态响应的影响,得到:随着裂隙长度的增加,拱顶锚固区及边界最大损伤区域面积先增加后减小,裂隙长度为洞室跨度的1/3时损伤最大,拱顶峰值位移和峰值质点振速先减小后增加,裂隙长度为洞室跨度的1/2时动态响应最小;随着裂隙倾角的增加,拱顶锚固区及边界最大损伤区域面积先减小后增加,裂隙倾角为45o时损伤最小,拱顶峰值位移和峰值质点振速先减小后增加,裂隙倾角为45o时动态响应最小;裂隙位置靠近洞室顶部和偏移洞室顶部都会造成拱顶损伤、位移和振速的增加。(3)通过研究平行双裂隙的间距,交叉双裂隙的夹角以及成组裂隙的分布对锚固洞室损伤分布和动态响应的影响,得到:拱顶锚固区及边界的损伤面积随着裂隙的增多而明显减少;拱顶峰值位移随着平行双裂隙间距的增加而增加,随着交叉双裂隙夹角增加先减小后增加,夹角为90o时峰值位移最小;拱顶峰值质点振速随着平行双裂隙间距的增加先增加后减小,随着交叉双裂隙夹角的增加先减小后增加,夹角为90o时峰值质点振速最小;含成组平行裂隙洞室拱顶峰值位移和质点振速大于含双裂隙洞室,含成组交叉裂隙洞室拱顶峰值位移和质点振速是所有模拟情况中最小的。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 选题背景及意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 锚固洞室在爆炸荷载下动态响应研究现状
  •     1.2.2 岩石裂隙对应力波传播影响的研究现状
  •     1.2.3 爆炸荷载下岩石损伤模型的研究现状
  •   1.3 研究内容
  •     1.3.1 主要研究内容
  •     1.3.2 技术路线
  • 2 爆炸波在裂隙岩体中的传播
  •   2.1 爆炸应力波在岩体中的传播
  •     2.1.1 爆炸荷载作用下岩石变形规律与特征
  •     2.1.2 岩石中爆炸应力波的衰减
  •   2.2 爆炸裂纹的形成
  •     2.2.1 压碎区和裂隙区半径计算
  •     2.2.2 自由面处裂纹的形成
  •   2.3 应力波在裂隙处的传播规律
  •     2.3.1 应力波与裂隙的相互作用过程
  •     2.3.2 裂隙处的解析模型
  •   2.4 本章小结
  • 3 无裂隙锚固洞室的动态损伤规律
  •   3.1 数值模型的建立
  •     3.1.1 几何模型的建立
  •     3.1.2 数值模型的设置
  •   3.2 数值模拟准确性验证
  •   3.3 锚固洞室动态损伤演化分析
  •   3.4 锚杆参数的影响
  •     3.4.1 洞室损伤分布分析
  •     3.4.2 洞室损伤面积分析
  •   3.5 本章小结
  • 4 单裂隙锚固洞室的动态响应及损伤规律
  •   4.1 锚固洞室应力波传播及动态损伤演化
  •   4.2 裂隙长度的影响
  •     4.2.1 锚固洞室动态损伤分布规律
  •     4.2.2 洞室动态响应参数变化规律
  •   4.3 裂隙倾角的影响
  •     4.3.1 洞室动态损伤分布规律
  •     4.3.2 洞室动态响应参数变化规律
  •   4.4 裂隙位置的影响
  •     4.4.1 洞室动态损伤分布规律
  •     4.4.2 洞室动态响应参数变化规律
  •   4.5 本章小结
  • 5 多裂隙锚固洞室的动态响应及损伤规律
  •   5.1 平行双裂隙间距的影响
  •     5.1.1 应力波传播及动态损伤演化分析
  •     5.1.2 洞室动态响应参数变化规律
  •   5.2 双裂隙交叉角的影响
  •     5.2.1 应力波传播及动态损伤演化分析
  •     5.2.2 洞室动态响应参数变化规律
  •   5.3 多裂隙分布的影响
  •     5.3.1 应力波传播及动态损伤演化分析
  •     5.3.2 洞室动态响应参数变化规律
  •   5.4 本章小结
  • 6 结论与展望
  •   6.1 主要结论
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 作者简历
  • 学位论文数据集

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 裴晨浩

    导师: 王光勇

    关键词: 锚固洞室,爆炸荷载,张开裂隙,损伤演化,动态响应,数值分析

    来源: 河南理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,建筑科学与工程

    单位: 河南理工大学

    基金: 河南省科技攻关项目142102210438

    分类号: TU45

    DOI: 10.27116/d.cnki.gjzgc.2019.000197

    总页数: 84

    文件大小: 7550K

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