軟弱巖石在動載作用下的力學(xué)性能及本構(gòu)模型研究.pdf

1、在深井開采中，巖體常常受到動態(tài)載荷擾動，如掘進爆破、巖板斷裂等動力擾動，這些動力擾動常導(dǎo)致采場和巷道圍巖的局部失穩(wěn)，誘發(fā)沖擊礦壓和瓦斯突出。為了研究這些擾動對巖體所產(chǎn)生的破壞機理以及如何采取合理的抗爆設(shè)計措施，需要充分掌握巖石在動載作用下的動態(tài)力學(xué)性能、本構(gòu)關(guān)系，特別是巖石在動載作用下的本構(gòu)關(guān)系，它是研究應(yīng)力波的傳播規(guī)律、抗爆設(shè)計等所必需的資料。因此，研究深井軟巖材料的動態(tài)力學(xué)性能及本構(gòu)關(guān)系具有重要意義。
　　為研究動載作用下的深

2、井軟弱巖石的動態(tài)力學(xué)性能、本構(gòu)關(guān)系，本文利用分離式霍布金森實驗系統(tǒng)對泥巖、砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖三種典型軟弱巖石進行單軸動態(tài)壓縮實驗。通過實驗研究及數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，深井軟弱巖石在動載下彈性模量、破碎尺寸及動載強度有顯著的應(yīng)變率效應(yīng)?，F(xiàn)有的過應(yīng)力模型及朱王唐模型能夠反映這些本構(gòu)曲線特點，但這兩種模型存在一定的不足，因此需要進一步的改進。
　　本文對過應(yīng)力本構(gòu)模型方程做了兩點改進，進而建立簡化的損傷型過應(yīng)力模型本構(gòu)方程。第一，根據(jù)1-E(t)

3、/E0的變化量與應(yīng)變率和應(yīng)變之間的函數(shù)關(guān)系，采用無量綱分析法對修正的過應(yīng)力模型本構(gòu)方程進行簡化。第二，考慮動載作用下?lián)p傷對巖石動載強度的影響，將連續(xù)損傷理論和統(tǒng)計強度理論引入到簡化的過應(yīng)力模型本構(gòu)方程。對于朱王唐模型的改進，本文是以朱王唐模型為基礎(chǔ)，采用損傷體代替朱王唐模型中的彈性元件而建立的一種損傷型粘彈性動態(tài)本構(gòu)模型方程。
　　為了說明兩種改進模型方程的合理性，采用改進的過應(yīng)力模型本構(gòu)方程及損傷型粘彈性動態(tài)本構(gòu)模型方程對實測深