爆破载荷下岩石的拉压损伤模型

根据岩石材料动态受拉表现为弹脆性、动态受压表现为弹塑性的特点,应用应变余能等效假说分别建立以裂纹密度表征拉伸损伤变量的动态拉损伤模型和以等效塑性应变表征压缩损伤变量的动态压损伤模型。在所建立的拉压损伤模型中考虑初始损伤的影响,并给出用于评价围岩是否受爆破影响的损伤阀值的计算公式。将所建立的拉压损伤模型和其他2种爆破损伤模型引入LS-DYNA中进行数值模拟,并将模拟结果与现场实测结果进行对比。研究结果表明:损伤主要沿炮孔径向扩展;与装药段平行的围岩中损伤半径的变化不大且主要为拉伸损伤;与堵塞段平行的围岩越接近地表,损伤半径越大,且在地表处有最大值;孔底部损伤主要为压缩损伤且损伤区域较小;采用拉压损伤模型所得的模拟结果与实测结果较吻合,表明所建立的抗压损伤模型具有工程实用性。

岩石爆破损伤模型的比选与改进

归纳了目前应用较为广泛的爆破损伤模型关于损伤变量的定义方法,基于FORTRAN与LS-DYNA自定义接口,将5种典型的爆破损伤模型成功导入LS-DYNA。根据具体的工程实例,对5种爆破损伤模型计算的精确性进行了对比计算和验证。结果表明,KUS模型与RFPA模型对应的结果与实测值更接近。选取计算结果较为准确的KUS模型进行改进,考虑压缩损伤,并修正了宏观弹性常数的确定方法,建立了拉压损伤模型,并对该模型的计算精确性进行验证,结果表明,该拉压损伤模型可以更好地定量描述岩体爆破损伤范围。

岩石高边坡开挖爆破动力损伤的数值仿真

实现高边坡爆破开挖损伤区的数值仿真对研究保留岩体的损伤控制有重要意义。基于采用经典爆破损伤模型表达拉伸损伤的方法,引入对压缩损伤的考虑,同时,修正岩体宏观弹性参数的确定方法,建立自定义拉压损伤定量计算模型,详细推导其建立的数学过程,并采用LS-DYNA用户自定义接口将其成功导入LS-DYNA。采用该模型对溪洛渡高边坡640 m高程马道下边坡保留岩体的爆破开挖损伤效应进行数值仿真,通过岩体声波测试得到的实测损伤区,验证模型的有效性。选取目前应用较为广泛的爆破损伤模型进行对比计算,计算结果表明:拉压损伤模型的计算值与损伤区实测结果有较好的一致性,且与常用的爆破损伤模型相比,拉压损伤模型的精确性略有提高。

深部岩体在掏槽爆破过程中的损伤演化机制

为研究深部岩体掏槽爆破过程中岩体的损伤演化机制,将Cowper-Symonds硬化模型与拉压损伤模型耦合以后的模型嵌入到LS-DYNA软件中对其进行数值模拟研究。数值模拟结果表明:地应力及临空面的存在对岩体的损伤演化机制有影响,地应力存在对应力波所诱发的压力载荷产生抵制作用,使得岩体受压力荷载作用产生的损伤范围受到影响,随着地应力增大,掏槽爆破岩体的损伤范围变小;掏槽爆破中的中心孔有充当临空面的作用,使得应力波在遇到临空面时形成拉伸波,并造成中心孔附近岩体的拉损伤往岩体内部扩展,最终有加大掏槽孔周围岩体的损伤范围作用。