不同不耦合系数下花岗岩爆破损伤特性的离散元模拟

为研究径向装药不耦合系数对花岗岩爆破损伤程度的影响,在考虑爆炸冲击波和爆生气体共同作用的基础上,提出了一种"动"、"静"荷载混合施加的PFC爆破模拟方法,采用该方法分别进行了6种不耦合系数下花岗岩爆破过程的数值模拟。模拟结果显示,随着装药不耦合系数的增大,花岗岩爆破损伤程度先增强后减弱。耦合装药下,爆生裂纹数量为9367;不耦合系数为1.2时,裂纹数量增加至最多,为24975;不耦合系数为2.0时,裂纹数量减少为292。对比耦合装药和不耦合系数为1.4时的花岗岩损伤模式发现,爆生气体的准静态压力对爆生裂纹的扩展具有重要作用。根据不同不耦合系数下的爆生裂纹数量,建立了不耦合系数大于或等于1.2时的岩石爆破损伤程度预测模型,拟合度达0.9808。该预测模型对爆破施工设计等工作具有一定的参考意义。     

花岗岩块石浆砌结构抗弹丸斜侵彻/冲击性能实验研究

通过实弹射击试验,研究了花岗岩-钢筋混凝土复合靶板的抗侵彻/冲击性能.结果表明,该靶板具有较好的抗侵彻/冲击能力.与同等厚度的普通钢筋混凝土靶板相比,在射弹特性和撞击条件相同的情况下,该结构抗侵彻/冲击能力明显增强.对薄靶板而言,冲剪破坏为主要的破坏形式,增强抗剪能力,能够提高靶板抗侵彻/冲击能力.当弹体速度不高时,局部作用和结构整体响应之间一般有很强的耦合.该花岗岩-钢筋混凝土靶板局部既有一定的刚度,整体也具有一定的塑性,因此具有较好的抗弹体侵彻/冲击能力.这种结构施工简单,取材方便,造价相对低廉,具有一定的应用前景.     

花岗岩破坏过程能量演化机制与能量屈服准则

为了明确岩石破坏的能量演化特性，结合单轴实验和颗粒流程序获得花岗岩的细观力学参数，进行不同应力状态的花岗岩实验，研究不同围压下花岗岩破坏过程的能量演化机理并推导能量屈服准则。获得以下主要结论:花岗岩破坏过程中低围压下内部损伤出现较早而高围压较晚，表明低围压花岗岩内部损伤是渐进发展过程，而高围压下内部损伤一旦出现便快速发展破坏；高围压花岗岩峰值前一定应变范围弹性应变能基本保持不变，吸收的能量全部转化为耗散能，表明高围压破坏时花岗岩内部损伤程度严重；弹性应变能经历不断积累并达到弹性储能极限而后减小的变化过程，而弹性储能极限与围压之间存在线性变化规律，因此高围压下岩体开挖卸荷时极易诱发大量弹性应变能的急剧释放，引起围岩失稳甚至发生岩爆；花岗岩峰值破坏时的能量比与围压无关，为一定值；基于能量原理导出了能量屈服准则，该准则包含岩性参数和所有主应力，能够综合反映岩石破坏影响因素。     

花岗岩单轴冲击全程本构特性的实验研究

利用分离式霍普金森压力杆(SHPB) 装置测试了大量花岗岩的单轴冲击本构关系。结果表明:花岗岩的冲击应力应变曲线峰前具有明显的跃进性,但在初始阶段一般都能够较好地近似为直线,直线的斜率与加载速率没有明显的相关性;峰后既有Ⅰ类曲线也有Ⅱ类曲线,表现出较大的离散性。花岗岩的应力应变曲线有时还能表现为递减硬化和递增硬化的特性。     

锯切过程中花岗石与金刚石间的摩擦效应

通过测量锯切力和计算锯切比能,获得了多种条件下的比能与单颗磨粒平均载荷的试验,从能量角度探讨了花岗石的锯石的锯切机理,并建立了单颗磨粒平均载荷与磨粒纵向切削面积平均值之间,单位宽度功率消耗与滑擦面积之间的对应关系。结果表明,锯切过程中能量主要消耗于花岗石与金刚石间的摩擦,由于单颗磨粒向切削面积平均值同时包含了磨粒切削深度与弧长的影响,更适用于描述锯切过程。锯切中锯切深度和材料去除率等因素的影响均可     

锯切花岗石过程中金刚石节块磨损特征及影响因素分析

在已有的节块磨损规律的基础上，对锯切花岗石过程中的金刚石及其固位载体－粘合剂的磨损规律进行了研究。通过实验，跟踪观察了不同金刚石节块在各种加工条件下的磨损状态。结果表明；金刚石的工作状态与节块的使用性能有良好的对应关系，金刚石的微破碎和完善晶型比例越高节块耐磨性越好；宏观破碎和脱落比例越高节块耐磨性越差。金刚石的粒度，含量，品级，粘合剂和金刚石的匹配以及锯切用量组合等均明显影响锯切效果。     

动静组合加载作用下花岗岩破碎的分形特征

在分离式霍普金森压杆实验装置上进行了花岗岩破坏的动静组合加载实验.通过对受载后岩样破碎块度进行筛分统计,得到了该加载条件下岩石破碎的粒度分布.在此基础上,通过理论计算公式,进一步得到了相应的破碎分形维数,分别探讨了静载荷和冲击载荷对分维数的影响.结果表明,动静组合加载作用下花岗岩破碎分维值在2.0～2.8之间;相同静载不同动载下,花岗岩的破碎分维值与试样的应变率有关,随应变率增大而增大;而在相同冲击动载下,静载荷变化对分形维数的影响不大.     

高温蒸汽作用下花岗岩热破裂的试验研究

利用自主研制的对流加热原位开采模拟实验台和真三轴压力机,研究了不均匀地应力状态下注蒸汽花岗岩热破裂的破裂规律.在本次试验条件下,花岗岩发生脆性破裂温度为483℃,蒸汽压力为10.6 MPa;高温高压蒸汽作用下,花岗岩除了在沿着垂直于最小主应力方向产生主裂缝,还会由于热破裂,在其他方向产生一定数量随机分布的次生裂缝;不同方向裂缝的形成,对于形成相互连通的空问裂隙网络有实际意义,从而有助于提高地热开采效率.     

岩石细观损伤破坏的观测研究

利用扫描电镜（ Ｓ Ｅ Ｍ ）,对香港白岗岩等岩样在单轴压缩状态下,进行细观结构（μｍ 尺度）观察,研究其微损伤的萌生、扩展、连接直至破坏的行为,分析了白岗岩等岩石的细观破坏机制及其与宏观力学行为的关系,得到了一些重要的感性认识和若干观察记录．为认识岩爆发生的机理及复杂应力状态下岩石损伤破坏的理论分析提供了实验依据     

水饱和花岗岩本构模型及地下爆炸波的数值研究

采用广义自洽方法描述介质的细观几何结构,基于混合物理论建立了水饱和岩石含损伤弹塑性本构模型,提出了一个适用于爆炸波数值计算的饱和水体积分数演化方程,也即给出了本构关系中的闭合方程.使用Biot有效应力描述水压对岩石强度的影响,在有效应力空间里建立了水饱和岩石剪切屈服和破坏的强度准则,并引入了剪胀效应对强度的影响因子.对地下封闭核爆炸的力学效应开展了数值模拟,系统地研究了含水花岗岩中地下爆炸波的传播特征以及含水量对爆炸应力波传播规律的影响.