文档介绍：摘要
本文通过对岌一巨玄西和破坏机理的深入研究,建立了岩石类材料宏细观相结
合的含损伤本构模型,并在此基础上开展地下爆炸效应和波传播规律的研究,分
析响了本构模型及其参数对地下强爆炸引起的岩石动力响应和爆炸波传播规律的影
法,为提高准确预测地下岩石中强爆炸激发的地震震源的能力提供合适的计算方
依据。
全首先对岩石类脆性材料本构模型和地下爆炸效应的研究进展进行了较为
统的回顾和总结,对现有的各种动态损伤模型进行了必要的比较和评述,
并对当前的研究热点及趋势作了讨论。在此基础上,得到了解决本课题理论难点
的思路和方法。
采用方法,对的理论进行改进,考虑了不同应力状态下微裂
纹的张开、闭合及裂纹面摩擦对裂纹体材料性质的影响,获得了轴对称应力条件
下考虑摩擦的附加应变的各种解析表达式。针对工程需要进行简化,得到了不同
应力状态下的有效模量,为建立含微裂纹损伤的本构模型服务。通过数值计算研
究了不同的应力状态、围压以及微裂纹面上的摩擦对材料力学性能的影响,得出
了一些有意义的结果和规律。
以热力学理论和本构理论为基础,计入了微孔洞和微裂纹对材料力学性能的
影响,建立了一种改进的岩石类材料含损伤弹塑性本构模型首次从热力学势函
数和微裂纹统计平均方法出发,提出了同时考虑微孔洞和微裂纹影响的增量型应
力应变关系基于实验结果,针对岩石在硬化、软化和破坏等不同阶段的细观损
伤机理和宏观变形特点,给出了具有不同函数形式的屈服面表达式采用非相关
流动法则,对模型加以简化并结合准则,分别建立了岩石类材料
的塑性流动律以及微孔洞和微裂纹损伤的演化律。采用建立的含损伤本构模型成
功地拟合了花岗岩三轴压缩实验数据,并获得了模型中的材料参数。
运用有限差分法研究了脉冲载荷下岩石介质中一维应变波的传播规律,着重
分析了本构模型及其参数对一维应变波在岩石类损伤软化介质中演化规律的影
响,并通过两种模型弹塑性模型和含损伤弹塑性模型的对比分析,揭示了岩
石类脆性材料中应力波传播的主要特点。
基于一维有限差分程序,嵌入改进的动态本构模型,对封闭式地下强爆炸开
展数值模拟研究,着重分析了本构模型及其参数对地下强爆炸引起的岩石动力响
应和爆炸波传播规律的影响,数值计算获得的速度和压力峰值衰减、位移和速度
波形、爆炸空腔、震源函数等物理量,与国外地下试验及数值模拟结果十分接近,
进一步验证了本构模型的有效性,从而提高了预测地下岩石中强爆炸激发的地震
震源的能力,为空腔解藕基础。据作者所知,目前国内这方面的工作尚
未见到有类似的研究结果
、产
关键词岩石微孔洞和微裂纹含损伤弹塑性本地震震源
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致谢
本文是在导师王肖钧教授的悉心指导下完成的。导师严谨的治学
精神、渊博的专业知识和和蔼的待人态度使我受益非浅。在作者进
入实验室的六年来,王老师不仅在学习中给予耐心细致的指导,在
生活中也处处予以细心的关照,在此谨向王老师表示最衷心的感谢
和敬意。
真诚地感谢李永池教授、胡秀章副教授等老师所给予的热情帮助
和支持。
本文的工作是结合西北核技术研究所的课题进行的。西北核技术
研究所的钟放庆博士提供了许多有价值的资料,在此向钟放庆博士
表示诚挚的谢意。特别要感谢中科院武汉岩土所的李廷芥研究员、
李海波博士等,在作者去岩土所调研期间给予了热情的接待,并提
供了大量花岗岩动静态实验数据和文献资料,是他们的大力支持解
决了作者因缺乏数据而面临的困难。
此外,对本实验室全体师兄弟们对我论文工作的支持表示由衷的
感谢,大家真诚的友谊才创造了实验室融洽的气氛,这段愉快相处
的时光将永远留在我的记忆里。
还要感谢我的父母和弟弟刘文平,他们对我的督促和鼓励一直是
我努力的动力。
最后要感谢我的爱人江松青,是他的理解、关心和支持才使我能
够顺利地完成了论文工作。
中国科学技术大学博士学位论文
第一章绪论
引言
地下爆炸是民用工程和国防军事工程中常常采用的爆炸手段,开展地下爆炸
效应研究对于地下结构物的安全和防护、核侦察、地震预报和大型工程爆破等方
面都有直接紧密的联系。
军事上,今后无论是针对核战争还是常规战争,爆炸引起的地运动预报、岩
石中构筑物抗爆能力的分析以及这些构筑物的合理设计等,都需要充分掌握爆炸
引起的动态力学响应及应力波在岩石中的传播和衰减规律。民用上,随着国家大
型能源工程如水电、核电工程以及国家铁路交通设施的建设,爆破开挖施工将呈