岩石动力学特性与爆破理论

章节摘录

版权页：   插图：   实际中，实现光面爆破的相邻炮孔同时起爆十分困难，即使采用同段雷管，大多数情况相邻炮孔之间也存在起爆时差。另外，由于爆炸载荷作用下炮孔的膨胀变形、炮孔壁周围裂纹的产生、堵孔炮泥的运动等，炮孔内爆炸载荷是随时间而衰减的。为保证良好的光面爆破效果，应该充分考虑相邻炮孔起爆时差和炮孔内爆炸载荷随时间衰减速度的影响，设计出更接近于工程实际的光面爆破参数。本节将对此进行讨论。 光面爆破是一种特殊的爆破技术，用于消除或减少爆破超挖和降低爆破对周围环境的不利影响，如降低爆破对周围岩石的损伤等。为获得良好的光面爆破效果，国内外学者均对其炮孔间贯通裂纹形成机理和参数设计方法等问题进行了深入研究，进而提出并实践了更有效的光面爆破技术——岩石定向断裂周边控制爆破技术。前些年，笔者还就光面爆破损伤围岩及岩石定向断裂周边控制爆破的参数设计进行了研究。但是，这些研究均存在不足，主要是没有考虑光面爆破的相邻炮孔起爆时差和炮孔内爆炸载荷随时问的衰减对光面爆破炮孔问贯通裂纹形成的影响，研究光面爆破对围岩损伤是以单个炮孔的爆炸作用为基础的，没有考虑相邻炮孔爆炸载荷的共同作用。因此，仍需要在考虑相邻炮孔起爆时差和炮孔内爆炸载荷随时间衰减的条件下，从不同于6.2节的角度对光面爆破的各种问题进行深入研究。 由于问题的复杂性和研究内容的丰富性，本文将仅就考虑相邻炮孔存在起爆时差和炮孔内爆炸载荷随时间衰减条件下的炮孔问贯通裂纹形成条件和炮孔间距计算进行探讨，提出这种条件下的炮孔间距计算方法，并就相邻炮孔起爆时差大小和炮孔内爆炸载荷随时间衰减速度的影响进行讨论。 6.3.2光面爆破在岩石中引起的爆炸应力场 光面爆破大都采用不耦合装药，以保证在炮孔周围不形成压碎区。在这种条件下，可以认为岩石中传播的是弹性应力波，而没有冲击波。 研究得出的主要结论是：钢纤维对高强混凝土破坏强度的增强效应突出体现在静态试验中，随钢纤维含量的增加而增强效果增加；但随着应变率的增加，这种增强效果逐渐减弱；钢纤维含量的多少对混凝土应力一应变曲线的上升段影响较小，而对下降段的影响较大，随着钢纤维含量的增加，下降段趋缓，反映了韧性减缓、脆性降低的趋势。此外，对相同基体强度混凝土，钢纤维低含量混凝土呈粉碎破坏，钢纤维高含量混凝土留芯或碎成块状。这一现象也定性地反映出钢纤维对混凝土的增韧效应。

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1 静载下岩石变形与强度 1.1岩石中的应力 1.1.1应力的定义 1.1.2主应力及其主方向 1.1.3应力不变量与应力偏量 1.1.4应力分量应满足的平衡方程与相容方程 1.2岩石中的位移与应变 1.2.1位移与应变的关系 1.2.2岩石中任一点的应变状态与主应变 1.2.3主应变与应变不变量 1.2.4应变偏量及其不变量 1.3岩石的本构关系 1.3.1单轴应力条件下岩石的应力应变关系及其特点 1.3.2岩石变形特性的表示指标 1.3.3三轴应力下岩石的变形特征 1.3.4岩石的本构模型 1.4弹性应力下岩石本构方程及流变特性 1.4.1弹性应力下的应力应变关系 1.4.2岩石流变的本构方程及特性 1.5岩石的强度与强度准则 1.5.1岩石的强度 1.5.2加载条件对岩石强度的影响 1.5.3强度准则 1.6岩石力学中的断裂力学方法 1.6.1岩石断裂力学方法的引入 1.6.2裂纹尖端的应力场及应力强度因子 1.6.3裂纹扩展中的能量平衡 1.6.4裂纹的扩展判据 1.6.5裂纹的动态扩展 1.7岩石力学中的损伤理论与分形方法 1.7.1损伤及其表示 1.7.2损伤的演化方程及损伤材料的本构方程 1.7.3岩石中损伤的测量方法 1.7.4岩石力学中的分形几何方法 2 岩石中的应力波 2.1应力波的基本概念 2.1.1 应力波的产生 2.1.2应力波分类 2.1.3应力波方程的求解方法 2.1.4应力波理论的应用 2.2无限介质中的弹性应力波方程 2.3一维长杆中的应力波 2.3.1 描述运动的坐标系 2.3.2一维应力波的基本假定 2.3.3一维杆中纵波的控制方程 2.4 一维杆中应力波方程的特征线求解 2.4.1 特征线及特征线上的相容关系 2.4.2 半无限长杆中一维弹性应力波的特征线解 2.4.3线弹性应力波 2.4.4一维杆中弹性应力波的作图法求解 2.5一维杆中线弹性应力波方程有效性的讨论 2.6一维弹性应力波的反射与透射 2.6.1 两弹性波的相互作用 2.6.2 弹性波在固定端和自由端的反射 2.6.3 不同介质界面上弹性波的反射与透射 2.7弹性波斜入射时的反射与透射 2.7.1 弹性纵波在自由面上斜入射时的反射 2.7.2 弹性纵波在介质分界面斜入射时的反射与透射 2.8应力波反射引起的破坏 2.9一维杆中的弹塑性应力波 2.9.1 材料的弹塑性应力应变模型 2.9.2一维杆中的塑性加载波 2.9.3 弹塑性波的相互作用 2.9.4塑性波的卸载 2.10一维应变波 2.10.1一维应变状态 2.10.2一维应变弹塑性波 3 岩石中的爆炸应力波 3.1炸药的爆轰理论基础 3.1.1爆轰波基本方程 3.1.2爆轰稳定传播的条件 3.1.3爆轰的参数计算 3.2 炸药爆炸传人岩石中的载荷 3.2.1耦合装药时传入岩石中的爆炸载荷 3.2.2 不耦合装药时传入岩石中的爆炸载荷 3.3岩石中的应力波速度 3.3.1 应力波速度与岩石力学性质参数的关系 3.3.2影响应力波速度的岩石性质参数 3.4岩石中爆炸应力波的特征与衰减规律 3.4.1 冲击载荷作用下岩石变形规律与特征 3.4.2岩石中爆炸应力波的衰减 3.4.3岩石中平面应力波的衰减 3.5应力波通过结构面的透射与反射 3.5.1 应力波向结构面斜入射时的一般解 3.5.2结构面两侧为相同岩石的应力波反射与透射 3.5.3 结构面两侧岩石可自由滑动时的应力波透射与反射 3.5.4弹塑性波通过界面的透射与反射 3.6层状岩石中的应力波 3.6.1等效波阻抗法 3.6.2单频应力波通过岩石夹层的透射 3.6.3 三角形应力波通过夹层的透射 3.6.4 不同应力波形通过夹层的透射应力特征 3.7顺岩石表面的应力波 3.7.1瑞利表面波 3.7.2勒夫表面波 3.7.3 沿边界的纵波（膨胀波） 3.7.4平板中的波 4 岩石动力学实验技术 4.1霍布金森压杆技术原理 4.2霍布金森压杆测试系统 4.2.1 动力源 4.2.2弹性压力杆 4.2.3 支撑架 4.2.4测试分析仪表 4.3 霍布金森压杆技术在岩石动力学性质研究中的应用 4.3.1花岗岩与大理岩的动态本构关系 4.3.2大理岩与砂岩的本构关系 4.3.3 不同围压下岩石的动态本构关系 4.3.4岩石的动态断裂强度与应变率的关系 4.3.5 岩石动态破坏形态与应变率关系 4.3.6其他岩石类材料的动态性质 4.4霍布金森压杆技术的改进 4.4.1 直锥变截面霍布金森压杆 4.4.2分离式霍布金森压杆（SHPB）中的预留间隙法 4.4.3 不同撞击杆形状的SHPB测试系统 4.4.4用于研究硬脆材料的SHPB …… 5 岩石爆破理论及其数值计算模型 6 岩石周边控制爆破新技术 参考文献

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《岩石动力学特性与爆破理论(第2版)》不仅适合于岩石爆破工程领域的研究生、高校教师及相关研究人员阅读，而且也适合于岩土工程、结构工程专业的研究生、高校教师及相关研究人员阅读，还可供从事地震与防护、采矿、国防、道路、水利水电等工程的相关教师、研究生及工程技术人员参考。

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