节理岩体爆破数值模拟

岩体的节理裂隙常常会影响爆破效果,而且会由此增加大块率,提高爆破成本.为了探明节理岩体爆破特点,首先采用有限元方法模拟了节理岩体爆破应力场的分布特点,接着分析了在台阶底部不同点的等效应力的变化规律,最后模拟了爆炸能量在节理岩体的传播规律.研究结果表明,节理裂隙能有效地反射爆炸应力波,节理裂隙越多,波的反射就越强,而且反射波的强度随着弱面与岩体间的波阻抗的差值的增加而加大;台阶底部各点的有效应力随着节理裂隙的存在而发生复杂的变化,而不象在均质岩体中一样有规律;炸药爆炸产生的动能在节理岩体中衰减快,透过闭节理时能量的衰减比透过充填节理要慢,爆炸能量透过倾斜节理时衰减较慢,而透过垂直节理时衰减较快.     

节理裂隙岩体空气间隔装药爆破试验研究

为探索节理裂隙岩体空气间隔装药爆破技术的可行性,在贵州某土石方工程爆破施工现场选取岩体节理裂隙发育和岩体相对完整的2种地质区域,分别选取空气层的比例为5%、10%、15%、20%、25%、30%等工况进行混装铵油炸药孔口与孔底空气间隔装药爆破试验,利用Split—Desktop 3.0软件对爆破块度和爆破开挖后根底进行统计分析,得出了不同区域相同空气层位置、比例以及相同区域不同空气层位置、比例下的爆破效果。结果表明:节理裂隙发育区域采用空气间隔装药容易产生根底;岩体完整性对空气间隔装药参数取值有显著影响;岩体节理裂隙发育区域,应当选用较小的空气间隔比例;该试验区域的节理岩体可采用间隔比例为10%～15%的孔口空气间隔装药进行爆破。     

裂隙岩体精细化数值模型构建与爆破模拟

裂隙岩体爆破数值模拟过程中，裂隙分布模型的真实性，是影响数值模拟结果的关键因素之一，现有节理裂隙构建方法难以实现三维分布上的复杂表征或是实现操作过于繁杂。为探索在LS-DYNA软件中构建三维分布上真实、复杂表征的节理裂隙模型简单可行的操作方法，通过MATLAB软件对爆破数值模型K文件进行解析重组，按照节理裂隙三维分布规律进行勾勒并赋予节理裂隙材料本构，构建出符合节理裂隙分布规律的节理岩体三维精细化数值模型。以某露天石灰石矿山为实例，开展节理裂隙三维分布规律统计分析并在台阶爆破数值模型中进行还原，基于裂隙岩体精细化数值模型，开展露天台阶爆破数值模拟试验和现场爆破试验对比研究。结果表明：采用解析重组方法构建的数值节理模型与实际节理裂隙的误差小于13%;节理裂隙面使岩体内的损伤分布规律发生了变化，与完整岩体相比，损伤范围增加了12.04%,粒径处于0～100 mm的占比降低了8.11%;爆破模拟得到的损伤结果与现场破碎效果接近，统计粒径在0～100 mm之间的碎块的占比，误差为4.16%。解析重组法构建三维节理裂隙，可行、操作简便，数值模拟结果接近实际。     

节理岩体中的爆破作用分析

文中对岩体节理在爆破中的破坏作用进行了详细的分析，首先对岩体进行节理和裂隙的定量描述，给出岩体破坏前的初始损伤，在此基础上利用岩体动力破坏和岩石动载破碎的新本构模型对岩体破坏过程进行分析，其结果可以描述岩体的节理间距，岩体损伤情况，从而对节理岩体的破坏有更深入的认识。     

爆破漏斗形成过程数值模拟的几个关键问题

合理准确地再现爆破漏斗的形成过程对爆破模拟及工程设计具有重要意义。通过设置人工节理,将模型进行预先离散,在离散元程序3DEC中实现了半无限介质中爆破模拟,包括从炮孔扩张、裂隙发展、岩块飞散到爆堆成型的全过程。讨论了爆炸荷载简化、施加方式和离散方法等对岩石爆破破碎、抛掷及爆堆形成过程的影响。其中对人工节理的倾角和分布进行了重点研究,通过优化人工节理方向,使得模拟结果更符合实际。将爆破块度与岩体离散化结合,提出考虑爆破块度的3DEC人工离散方法,提高了模拟结果的精度。采用该模型与现场试验进行比较,模拟得到的漏斗底半径及深度与试验结果相符。并且该模型大幅度提高计算速度和计算稳定性,可广泛应用于生产实践中,为爆破设计提供参考。     

节理岩体爆破研究进展

实际的岩体都是被节理裂隙等弱面切割,对爆破效果有很重要的影响、本文在回顾并综合分析了节理岩体爆破理论和试验研究状况的基础上,对节理岩体的质量综合评价、力学模型的研究、数值模拟的研究、爆破块度的分析及理论与试验相结合等方面提出了几点看法。     

程潮铁矿采场可爆性模糊综合评价

针对程潮铁矿无底柱分段崩落法采场爆破,以弹性波波阻抗、岩石的坚固性、岩体的裂隙性、标准爆破漏斗体积时炸药的单耗作为分级指标,在程潮铁矿-375 m地段现场进行的一系列单孔爆破漏斗试验和跨孔声波测试,利用模糊识别理论对岩体可爆性进行模糊综合评价.     

节理岩体爆破研究进展

实际的岩体都是被节理裂隙等弱面切割，对爆破效果有很重要的影响、本文在回顾并综合分析了节理岩体爆破理论和试验研究状况的基础上，对节理岩体的质量综合评价、力学模型的研究、数值模拟的研究、爆破块度的分析及理论与试验相结合等方面提出了几点看法。     

岩体爆破破碎的分形损伤模型

本文提出了一个岩体爆破破碎的分形损伤模型,认为岩体爆破破碎的过程是岩体内原有裂隙发育和损伤增长的过程,且在此过程中,裂隙发育和损伤积累都具有分形特征。在此模型的基础上编制的计算模拟程序可对岩体内的三维损伤分布进行计算,并可对爆破漏斗进行模拟。现场试验与模拟结果吻合很好,说明了该模型的合理性。     

岩体爆破破碎的分形损伤模型

本文提出了一个岩体爆破破碎的分形损伤模型，认为岩体爆破破碎的过程是岩体内原有裂隙发育和损伤增长的过程，且在此过程中，裂隙发育和损伤积累都具有分形特征。在此模型的基础上编制的计算模拟程序可对岩体内的三维损伤分布进行计算，并可对爆破漏斗进行模拟。现场试验与模拟结果吻合很好，说明了该模型的合理性。     

Modelling of blast-induced fractures in jointed rock masses

This paper focuses on the dynamic fracturing process of jointed rock masses due to blast wave loading. A coupled numerical method using both LS-DYNA (a transient dynamic finite element program) and UDEC (an universal discrete element code) is outlined first. The blast-induced fracture extension in two representative jointed rock masses is studied subsequently. Besides, the effects of loading density of explosive charge on fracture evolution and the effects of the preexisting earth stress and free face on the fracturing process of rock masses are also explored in detail. The numerical results capture some of the well-known phenomena observed in the field and expected theoretically, and thus can offer useful guidelines to blasting design in rock masses.     

Simulations of fracture and fragmentation of geologic materials using combined FEM/DEM analysis

Results are presented from a study investigating the effect of explosive and impact loading on geological media using the Livermore distinct element code (LDEC). LDEC was initially developed to simulate tunnels and other structures in jointed rock masses with large numbers of intact polyhedral blocks. However, underground structures in jointed rock subjected to explosive loading can fail due to both rock motion along preexisting interfaces and fracture of the intact rock mass itself. Many geophysical applications, such as projectile penetration into rock, concrete targets, and boulder fields, require a combination of continuum and discrete methods in order to predict the formation and interaction of the fragments produced. In an effort to model these types of problems, we have implemented Cosserat point theory and cohesive element formulations into the current version of LDEC, thereby allowing for dynamic fracture and combined finite element/discrete element simulations. Results of a large-scale LLNL simulation of an explosive shock wave impacting an elaborate underground facility are also discussed. It is confirmed that persistent joints lead to an underestimation of the impact energy needed to fill the tunnel systems with rubble. Non-persistent joint patterns, which are typical of real geologies, inhibit shear within the surrounding rock mass and significantly increase the load required to collapse a tunnel.     

层状裂隙岩体弹塑性损伤断裂模型与岩质高边坡稳定分析

本文研究了层状裂隙岩体的弹塑性损伤断裂模型。文中按岩体等效柔度张量定义损伤张量,并对层状裂隙岩质高边坡的变形破坏过程建立了损伤演化方程,提出了包含软弱薄层塑性滑移与裂隙损伤扩展耦合性态的本构关系。最后将其应用于某水电站左坝肩高边坡开挖形成过程的稳定性分析中。     

基于有限元与块体元法的地下洞室变形及稳定分析

本文把有限元与块体无法结合起来,用来分析地下洞室围岩的变形及稳定性。此法在洞室附近使用块体元模型,以反映节理岩体变形的不连续性,而在远处使用连续的有限元模型,以减少计算工作量。文中推导了有限元与块体元法统一力学模型的支配方程,所编制的数值分析程序应用于某一实际工程问题,说明此法可行。     

基于图像数字化技术的裂隙岩石多场耦合分析

引入图像数字化技术来客观地反映裂隙化岩石的非均质性结构分布,并将其转化成物理参数(渗透系数、弹性模量等)的分布图,然后将它和数值方法相结合,应用于裂隙化岩石流固热多场耦合分析中。首先需要获得高清晰度的裂隙岩石数字图像,岩石中不同的结构对应不同的归一化特征值I值(图像像素颜色的特征值),通过I值与材料参数之间的一一对应关系就可以得到岩石中不同结构材料物理参数的真实分布。将物理参数分布输入到我们开发的基于MATLAB和FEMLAB的岩石多场耦合分析程序中,就可以得到真实地反映裂隙岩石的多场耦合作用过程。数值分析结果表明:图像数字化技术与数值方法相结合是可行且有效的,其结果更能反映真实的物理现象。     

节理岩体爆破的破裂规律分析

通过实验室节理岩体模拟模型的电测实验,分析了节理岩体内爆炸应变波的传播规律及破裂形式,并与数值计算的模拟结果相比较,研究节理岩体爆破能量的耗损,为提高节理岩体的爆破效果提供理论依据。     

非均质岩体中一维应力波演化过程分析

地下球形药包爆轰后将产生很强的地震波，其传播受到多种因素的影响。把岩石介质的弹塑性帽盖模型耦合到有限差分法程序中，对一维爆轰波在非均质岩石体中的传播、演化机理进行了数值模拟与分析；着重探讨了一维应力波从“硬”岩石层进入“软”岩石层、从“软”岩石层进入“硬”岩石层时，波在形状和强度等方面的变化规律；同时探讨了岩石介质中存在的“软弱夹层”对一维应力波传播的影响。     

Equivalent continuum modeling for non‐linear wave propagation in jointed media

This paper describes a methodology to build equivalent continuum (ECC) models to represent jointed media for non‐linear wave propagation. In the present work, we study the response of randomly jointed rock media both to quasi‐static and dynamic loadings. We have found that, unlike in the quasi‐static case where no relaxation is observed, during dynamic loading, the deviatoric stress drops in the plastic wave after reaching its peak. Such stress relaxation phenomenon is calculated in jointed media, although the model used for intact rock blocks is rate‐independent. This is a strong indication that EC models for jointed rock should include some rate‐dependence when used in wave propagation simulations. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

矿山岩体力学及工程的研究进展与展望

文章针对采矿工程的实际问题，综述了矿山岩体力学理论与应用的研究进展，主要内容包括矿山岩体力学的损伤研究与应用、矿山岩体力学的分形研究与应用和矿山岩体力学损伤与分形研究的工程应用；讨论了矿山岩体力学今后的研究方向，即深部开采带来的工程灾害防治、开采方法选择的科学问题与关键技术措施。