当前位置：文档之家 › 岩石时效损伤模型及其在工程爆破中应用

岩石时效损伤模型及其在工程爆破中应用

  • 格式：pdf
  • 大小：422.00 KB
  • 文档页数：6

下载文档原格式

  / 6

合集下载

岩石动态破坏的时效损伤本构模型

岩石动态破坏的时效损伤本构模型

岩石动态破坏的时效损伤本构模型下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!摘要：岩石在地质工程中扮演着至关重要的角色，而其动态破坏行为的研究对于工程设计和灾害防治具有重要意义。

工程爆破中岩石时效损伤模型及其应用

工程爆破中岩石时效损伤模型及其应用

工程爆破中岩石时效损伤模型及其应用摘要：随着我国经济社会的发展，我国对于基础设施的需求在不断增加。

在开展基础设施建设的过程中需要对建设场地进行相应的工程爆破，这样才能够为工程的建设提供更好的场地，更好地满足工程建设的需要。

在开展工爆破的过程中要对岩石的整体情况进行充分的了解，这样才能够为炸药的应用提供重要的借鉴意义。

在开展工程爆破的过程中，通过对岩石时效模型的应用能够达到更好的爆破效果。

本文在开展研究的过程中主要对工程爆破中岩石时效损伤模型及其应用进行分析，为爆破质量和安全性的提升提供借鉴和帮助。

关键词：工程爆破；岩石时效损伤模型；探讨及应用在我国经济社会发展的过程中，基础设施发挥着十分重要的价值和作用，在开展基础设施建设的过程中需要对地面、山体等进行爆破，这样才能够更好地开展建设工作，达到相应的建设效果，完成建设的整体目标。

在开展工程爆破的过程中近年来正在朝向智能化爆破的方向发展，要想完成爆破的智能化和保证爆破的质量和安全性应当对岩石时效损伤模型进行建立，这样能够对整个爆破过程进行清晰、有效的了解，更加方便开展相应的爆破工作。

由此可见，本文对工程爆破中岩石时效损伤模型及其运用进行分析和研究具有十分重要的价值和意义。

1.岩石时效损伤模型概述1.1岩石时效损伤模型的定义岩石时效损伤模型是指在工程爆破的过程中对于岩石的损伤运用相应的模型进行模拟，采用岩石损伤模型能够保证工程爆破质量的提升，能够提升岩石爆破的安全性。

在工程爆破的设计阶段通过相应的数值和模型对于爆破诱发的损伤及其整体范围进行初步掌握具有重要意义，其中建立合理的岩石爆破损伤民兴是提升爆破质量和安全性的关键。

1.2岩石时效损伤模型的应用价值爆破过程中岩石的模型具有十分重要的应用价值，是整个研究工作和破碎机理研究过程中的核心，也是技术研究和参数优化设计研究的重要理论基础。

目前主要采用的岩石时效损伤模型主要有两种，一种是弹塑性理论模型和流体弹塑性模型，其中弹塑性理论模型的运用较为广泛，因为其在运用的过程中较为简便，对于相应数据和信息的分析十分准确，能够对整个爆破过程中进行准确有效的模拟。

分层一次爆破成井精确延时爆破参数研究

分层一次爆破成井精确延时爆破参数研究

分层一次爆破成井精确延时爆破参数研究
李祥龙;颜世骞;王建国;姚永鑫;黄原明
【期刊名称】《高压物理学报》
【年(卷),期】2024(38)2
【摘要】为了研究精确延时微差起爆对一次成井分层爆破效果的影响,理论计算了层内孔间微差时间,利用LS-DYNA软件,采用JH-2岩石模型,模拟了大直径深孔一次成井爆破中的精确延时分层起爆,分析了井筒岩石的损伤演化过程,试验验证了延期时间参数。

结果表明,层间采用18 ms延期时间时,爆破效果最佳。

结合理论分析和数值模拟结果确定了一次成井的延期时间方案。

井筒的成形大致相似,其特征截面面积相似度在83.4%~96.6%之间。

通过理论分析、数值模拟和现场试验获得了一次爆破成井工程的精确延时微差分层爆破方法,具有实际应用价值。

【总页数】13页(P173-185)
【作者】李祥龙;颜世骞;王建国;姚永鑫;黄原明
【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院;云南省教育厅爆破新技术工程研究中心;玉溪矿业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】O346.1;TD26
【相关文献】
1.爆破漏斗试验在一次爆破成井中的应用研究
2.精确短延时爆破成井延期时间研究
3.精确短延时爆破成井分层爆破参数研究
4.精确短延时球状药包爆破成井技术研究与应用
5.深孔一次爆破成井技术的研究与应用
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

岩石爆破中塑性压剪损伤的数值模拟

岩石爆破中塑性压剪损伤的数值模拟
维普资讯
第 ２ 第 ５期 ９卷
２００６ １ 年 ０月
火 炸 药 学 报
Ｃｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＥｘ ｌ ｓｖ ｓ＆ Ｐｒ ｐ ｌ ｎ ｓ ｉ ｅ ｅＪ ｕ ｎ ｌｏ ｐ ｏ ｉｅ ｏ ｅｌ ｔ ａ
岩 石 爆 破 中塑 性 压 剪 损伤 的数 值 模 拟
建立 一种 岩石 损 伤 软化 统计 本 构 模 型 ， 将 此 模 型 合 理 地 嵌 入 到大 型 有 限 元 软 件 Ｌ — ＹＮＡ 中 ， 无 限 岩 体 中 的 球 并 ＳＤ 对 形 和柱 形 药 包 爆 破 压剪 损 伤 问 题 进 行 了 数 值模 拟 ， 得 了不 同 围 压 下 的 应 力 一应 变 关 系 数 据 和 不 同时 刻 损 伤 分 布 获 的资 料 。该 模 型 本 构参 数 少 ， 够 较 好 地 反 映 出 介 质 的 损 伤 与 软 化 等 特 征 。 能 关键 词 ： 炸 力 学 ； 体 ； 程 爆 破 ； 剪损 伤 ； 值模 拟 爆 岩 工 压 数
中 图 分类 号 ： ５ ；ห้องสมุดไป่ตู้８ ＴＪ ５Ｏ３ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ７７ １ （０ ６ ０ —０ １０ １ ０— ８ ２ ２０ ）５０ ０ —４
Ｎ ｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｔ Ｉ ｕ ｅ ａ ｔｃ Ｃｏ ｐｒ ｓ ｉ ｎ ｍ ｒ ｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔｏ ｎ Ｂｌ ｓ — ｎｄ ｃ ｄ Ｐｌ ｓ ｉ ｍ ｅ ｓｏ ａ ｈｅ ｒ Ｄａ ａ ｅ ｉ ｃ ａ ｔｎｇ ｎｄ Ｓ ａ ｍ ｇ ｎ Ｒｏ ｋ Ｂｌ ｓ ｉ
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ： Ｉ ｏｒ ｅｒ Ｏ ｎ ｄ ｔ ｗｅ ｌ ａ ｃ ｌ ｔ ｔ ｅ ｌ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ｈ ｂｌ ｔ ｉ ａｓ—ｎｄｕ ｅ ｐｌ ｓ ｉ ｃ ｍ ｐｒ ｓ ｉ ａ ｓ ｅ ｒ ａｍ ａ ｅ， ｂ ｅ ｏ ｔ ｃｄ ａ ｔｃ ｏ ｅ ｓｏｎ ｎｄ ｈ ａ ｄ ｇ ａｓ ｄ ｎ ｈｅ

矿房回采爆破时中深孔拉槽爆破的参数优化研究

矿房回采爆破时中深孔拉槽爆破的参数优化研究
ａｎｄ ｇｏｏｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｕｔ ｓｌｏｔ ｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬ ｗｈｉｃｈ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ
[ ＫＥＹＷＯＲＤＳ] ｓｌｏｔ ｂｌａｓｔｉｎｇꎻ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎻ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻ ｒｏｃｋ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎꎻ ｏｖｅｒ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎꎻ ｕｎｄｅｒ
ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
❋ 收稿日期:２０２３￣０３￣０２
基金项目:国家自然科学基金重点项目(５２１３０４０３) ꎻ２０２３ 年辽宁省中央引导地方科技发展资金计划项目
第一作者:赵兴东(１９７５ － ) ꎬ男ꎬ博士ꎬ教授ꎬ博导ꎬ主要从事深部金属矿采动灾害防控研究ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｏｘｉｎｇｄｏｎｇ＠ ｍａｉｌ. ｎｅｕ. ｅｄｕ. ｃｎ
ｍꎻ在孔间距不变的情况下ꎬ随着最小抵抗线的增加ꎬ爆破大块率逐渐增加ꎬ自由面质点峰值速度和应力测点的环向
拉应力峰值逐渐减小ꎻ且最小抵抗线越小ꎬ自由面爆破能量分布越均匀ꎬ确定最优最小抵抗线为 ０. ８ ｍꎮ 现场中深
孔拉槽爆破试验表明:采用优化后的孔网参数爆破后ꎬ块度均匀ꎬ没有明显的超挖或欠挖现象ꎬ切割槽形成质量较
ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｉｎｉｍｕｍ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｌｉｎｅ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｔｏ ｂｅ ０. ８ ｍ. Ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｓｌｏｔｔｉｎｇ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉ￣
ｍｉｚｅｄ ｍｅｄｉｕｍ￣ｄｅｅｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｕｌｄ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｕｎｉｆｏｒｍ ｂｌｏｃｋ ｓｉｚｅꎬ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｏｖｅｒ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎꎬ

岩石时效损伤模型及其在工程爆破中应用

岩石时效损伤模型及其在工程爆破中应用

ρ/ kN.m-3 E/ GPa ν σ0/ MPa ψ
аβ
εc
25.5
51.8 0.33 250 1.0 7.0×1010 2.0 0.141×10-3
在工程设计阶段若通过数值法预估出爆破诱发的损伤大小和其存在范围具有重要意义其中合理的岩石爆破损伤模型的采用是关键grady和kipp于1980年提出的岩石爆破各向同性损伤模型gk模型被公认为是较早的一个损伤模型随后出现了tck1986年模型和kuszmaul1987年模型等它们均基本上假定岩石处在拉应变下时其中的微裂即被激活与扩展裂纹密度c在岩石损伤本构中是一个重要的指标但各自的损伤演化方程不尽相同
约，不可随意更改其中任何一个值。
4 数值计算与分析
计算中的乳化（emulsion）炸药[12]密度 ρ0 = 13.1 kN/m3，爆速 DC-J = 5 500 m/s，压力 PC-J = 9.9 GPa。 其余参数见表 1，岩石介质本构参数见表 2，其中 ψ = 1 表明子程序中采用各向同性硬化；β 取值为 2.0 是为了满足断裂应力为荷载速率的三次方根[10]；а 可依据爆破漏斗的计算大小（直径与深度）与试验 得出的实际体积对比而尝试给出的，是一个可调 值[10, 13,14]。
本文基于大型有限元分析软件LS-DYNA的接口 功能[6]，把考虑时效的岩石损伤演化规则和材料的双 线形弹塑性本构耦合起来，并嵌入到该动力分析软 件中，对单临空面、半无限岩体中爆破诱发损伤演 化规律和损伤分布趋势进行深入探讨，为工程实践 提供一定的借鉴。
2 数值分析工具
本文采用著名的显式动力分析有限元软件 LS-DYNA来完成计算的。与其他的动力有限元程序 一样，LS-DYNA企图寻找一个满足位移和应力边界 的动量方程的求解方法，其能量方程采取对时域积 分，评价整个系统的状态方程以及全局的能量守恒。 程序中使用的是中心差分法积分方案[6, 7]。

爆破作用下冻结岩壁损伤评价的模型试验研究

爆破作用下冻结岩壁损伤评价的模型试验研究
作者：单仁亮， 宋立伟， 白瑶， 宋永威， 李仲力， 魏龙飞， 曹建洋， SHAN Renliang， SONG Liwei，BAI Yao， SONG Yongwei， LI Zhongli， WEI Longfei， CAO Jianyang
作者单位：单仁亮,SHAN Renliang(中国矿业大学力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083)， 宋立伟,SONG Liwei(中国矿业大学力学与建筑工程学院,北京
100083;中冶天工集团有限公司,天津300308)， 白瑶,宋永威,李仲力,魏龙飞,曹建洋,BAI Yao,SONG
Yongwei,LI Zhongli,WEI Longfei,CAO Jianyang(中国矿业大学力学与建筑工程学院,北京,100083)
刊名：
岩石力学与工程学报
英文刊名：Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
年，卷(期)：2014,33(10)
引用本文格式：单仁亮.宋立伟.白瑶.宋永威.李仲力.魏龙飞.曹建洋.SHAN Renliang.SONG Liwei.BAI Yao.SONG Yongwei.LI Zhongli.WEI Longfei.CAO Jianyang爆破作用下冻结岩壁损伤评价的模型试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2014(10)。

谈谈岩石爆破损伤模型研究

谈谈岩石爆破损伤模型研究岩石开挖过程涉及到岩石力学、爆炸力学、工程爆破及损伤力学等多个领域，其中关键问题是爆破损伤控制，它在建立岩石稳定性先关分析方法和设计岩体爆破理论等方面具有指导意义。

同时在保障矿山开采安全和提高社会经济效益方面也具有重要作用。

因此有必要对岩石爆破损伤模型研究中存在的几个问题进行探讨。

一、岩石爆破损伤模型研究现状要想研究岩石爆破损伤机理和过程，必须对岩石爆破损伤模型进行研究，岩石爆破损伤模型在爆破参数设计优化和爆破技术研究方面起着重要作用。

目前岩石爆破损伤模型应用比较广泛的有两种模型，一种是流体弹塑性模型，另一种是弹塑性理论模型。

这两种模型之所以在该领域得到广泛应用，主要是因为其实用性强，模型清晰，且在很多情况下这种模型可以对岩石爆破机理做出合理解释，这种解释正是研究者们所需要的。

比如在处理高围压等爆破问题时，就可选择流体弹塑性模型对其进行研究。

在岩石爆破损伤模型研究进程中，断裂力学相关理论为其提供了必要的依据。

岩石爆破损伤模型研究重点在于从宏观层面出发，着重研究裂纹集合力学效应，而不对单个裂纹力学则不进行研究，这也是它的一个比较突出的特点。

因此，这种模型能更好的为岩石爆破破碎和岩石介质相关研究提供有力支撑。

另外岩石爆破损伤模型还有另外一个比较突出的特点，就是大部分岩石弹塑性模型可以运用到未受损的爆破岩石中，并且为其提供必要的试验参数和研究结果，在模型的模拟过程中，运用数值模拟技术可以模拟包括爆炸传播、岩石介质应力、介质运动等在内的爆炸损伤全过程。

就目前岩石岩石损伤模型应用情况看，其研究主要朝岩石破碎和岩石断裂理论为基础的方向发展，具体来说，这两个研究方向分别为岩体微观爆破损伤模型和岩体断裂爆破损伤模型。

其中岩体微观爆破损伤模型是以损伤系数增加值或裂纹密度为依据，而另一种爆破损伤模型是以岩体裂纹开裂扩展为依据。

这两种损伤模型建立之前，应用最多的是Grady模型，应该说岩体微观爆破损伤模型和岩体断裂爆破损伤模型是在Grady模型基础上发展起来的。

岩体爆破的损伤统计演化理论模型

第25卷 第6期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.62006年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ，2006收稿日期：2005–01–17；修回日期：2005–03–23基金项目：湖北省教育厅重点项目(D200504)；湖北省水电工程施工与管理重点实验室(三峡大学)项目(HEF200405)；重庆交通学院结构工程实验室项目(20040005)作者简介：姚金阶(1968–)，男，博士，2005年于武汉大学岩土工程专业获博士学位，主要从事力学和岩土爆破工程方面的教学与研究工作。

E-mail ：yaojinjie111@岩体爆破的损伤统计演化理论模型姚金阶1，朱以文2，袁子厚3，文 尉4(1. 三峡大学 土木水电学院，湖北 宜昌 443002；2. 武汉大学 土木建筑工程学院，湖北 武汉，430072；3. 武汉科技学院 数理系，湖北 武汉 430073；4. 湖北宜昌岩松爆破公司，湖北 宜昌 443000)摘要：将实际爆破工程中的岩石爆破作为岩体工程的范畴，讨论岩体爆破的一般特点，并从岩体初始结构弱面的统计特性和爆破后的块度分布特征出发定义一种新的岩体损伤变量。

将损伤变量与裂隙的分形维数相联系，构造一种岩体爆破统计损伤的演化理论模型。

这种损伤量的定义满足完整岩石的损伤值为0，爆破以后岩体的损伤值为1。

通过对该模型的初步计算分析表明，此模型具有清晰简明的特点和一定的实际应用价值。

关键词：岩石力学；岩体爆破；损伤；演化模型中图分类号：TU 457 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)06–1106–05A THEORETICAL EVOLVING MODEL OF ROCK MASSBLASTING WITH STATISTICAL DAMAGEYAO Jinjie 1，ZHU Yiwen 2，YUAN Zihou 3，WEN Wei 4(1. College of Civil and Hydropower Engineering ，China Three Gorges University ，Yichang ，Hubei 443002，China ；2. School of Civil and Architectural Engineering ，Wuhan University ，Wuhan ，Hubei 430072，China ；3. Department of Mathematics and Physics ，Wuhan University of Science and Engineering ，Wuhan ，Hubei 430073，China ；4. Yichang Yansong Blasting Company ，Yichang ，Hubei 443000，China )Abstract ：The practical blasting engineering is considered as rock mass engineering ，and the general characteristics of rock mass blasting are discussed. There are various discontinuous joints and fissures in rock mass which have statistical characteristics ，so the distribution parameter can be measured. The damage parameter is defined as the ratio of the area of fragmentation after blasting divided by the area of all sections. The definition meets the requirement that the damage of intact rock is 0 and is 1 after blasting. The rock fragmentation has fractal character and has relation between damage parameter and fractal dimension. So the evolvement equation can be established. The numerical calculation of the statistical damage model indicates that this model is clear in theory and applicable in practical engineering.Key words ：rock mechanics ；rock mass blasting ；damage ；evolving model1 引 言岩体工程的概念自提出以来，近年来受到较大关注，并逐步被越来越多的人们认可[1]，实际上各种工程中的岩石爆破也应该是岩体爆破工程，作者认为可以归于岩体工程的范畴。

岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析

岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析黄佑鹏;王志亮;毕程程【摘要】为了研究岩石爆破损伤范围及损伤分布规律,基于LS-DYNA软件,采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)材料模型,探究了石灰岩爆破损伤范围随径向不耦合系数K增大的变化关系,接着对比分析了石灰岩、凝灰岩和花岗斑岩的爆破损伤分布规律,并用Logistic函数模型对损伤演化过程进行表征.结果表明:HJC模型在岩石爆破损伤模拟中具有很好的适用性;随着不耦合系数的增大,损伤半径与炮孔半径之比呈先快后慢的减小趋势;不同岩石的爆破损伤均呈反\"S\"形曲线衰减,但损伤分布特征存在一定差异性,石灰岩和凝灰岩的压碎区范围较大,与裂隙区界线清晰,而花岗斑岩压碎区范围较小,与裂隙区界线不明显.研究结果可为实际工程中爆破损伤的评估与控制提供一定参考.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】8页(P95-102)【关键词】岩石;单孔爆破;损伤演化;HJC模型;数值模拟【作者】黄佑鹏;王志亮;毕程程【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院, 安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院, 安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院, 安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TU45爆破开挖在隧道掘进和煤岩开采等诸多方面应用普遍，具有快速高效的优点。

炸药爆炸一般在极短时间内产生很高压力，通过应力波和爆生气体综合作用使岩石发生破碎[1]。

由于炸药性能、装药结构、介质性质、地质条件等因素的复杂性，爆破效果可控性不高，容易产生不利影响，如爆炸波对预保留岩石的损伤效应会降低施工质量，影响工程安全。

因此，为了合理分析和有效控制岩石动态损伤，必须对岩石爆破问题进行深入研究。

岩石爆破损伤指的是爆炸荷载作用下岩石的破坏效应，即岩石的压碎和开裂。

通常采用变量D来描述损伤程度，D=1表示岩石完全压碎，D=0表示岩石完整。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

WANG Zhi-liang1, ZHENG Tian-zhong2, LI Yong-chi1
(1. Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China; 2. Seawall Management Service, Wenzhou Water Resources Bureau, Wenzhou 325000, China)
摘 要：为了实现爆破智能化，降低爆破带来的负面影响，通过数值模拟预估出岩体中爆破诱发损伤的大小以及分布范围在
工程上具有重要意义，其中科学合理的爆破损伤模型是关键。基于岩石介质是连续的、各向同性的、且存在初始裂纹的假设，
把考虑时效的岩石拉裂损伤演化方程和双线形弹塑性本构结合起来，通过用户自定义简明地嵌入到大型 LS-DYNA 软件中，
收稿日期：2005-11-26
修改稿收到日期：2006-05-08
作者简介：王志亮：男，1969 年生，博士，副教授，主要从事于工程力学与爆炸力学等方面教研工作。E-mail: zliabfw@
1616
岩土力学
2007 年
后钻进裂纹使其进一步成长甚至贯通，这个过程是 不可逆的。当应力波遇到临空面时，反射为拉伸波， 拉伸波的峰值强度一旦超过介质的抗拉强度，就会 在介质内产生拉裂破坏区，这个拉裂破坏范围的合 理确定，对临空面附近建（构）筑物的保护以及整 个施工的安全都具有重要参考价值。
表 1 炸药状态方程参数 Table1 Parameters for explosive state equation
A /GPa B/GPa R1 R2 ω E0 /MJ·m-3 V0 214.4 0.182 4.2 0.90 0.15 4 192 1.0
表2 岩石本构参数[8] Table 2 Parameters for rock model
Cd = α (ε v − ε c ) β t
（3）
式中：t 为时间；а、β为材料参数。 方程式（3）的形式与金属疲劳损伤中的帕里斯
定律[8]有点类似，该定律融合了连续损伤力学的机 理，用来描述金属材料损伤中裂纹的增长。为了编 程的需要，裂纹密度的差分格式表达如下：
dCd = αβ (ε − ε c )(β −1) tdε v + α (ε v − ε c )β dt （4）
当岩石介质受拉且 εv 大于 εc 时，其应力-应变 关 系的增量式为
∆σ ij = K dδ ij ∆ε kk + 2Gd∆eij
（7）
式中：有效体积模量 Kd 和有效剪切模量 Gd 均可由
Ed 和 v 计算出。对于其他情形，设岩石介质行为服
从双线性弹塑性模型[7, 9]，其屈服函数为
ϕ
=
Λ2
−σ
1前言
工程爆破中炸药导致岩石的损伤破碎在开采业 和建筑业中是较常见的。在工程设计阶段，若通过 数值法，预估出爆破诱发的损伤大小和其存在范围， 具有重要意义，其中合理的岩石爆破损伤模型的采 用是关键[1, 2]。
Grady 和Kipp[3] 于1980年提出的岩石爆破各向 同性损伤模型（GK 模型）被公认为是较早的一个损 伤模型，随后出现了TCK（1986年）模型[4]和Kuszmaul
2 y
（8）
( )( ) 式中：Λ =
3 2
s ij − α ij
s ij − α ij ；应力偏量 sij 与移
动张量 аij 的增量表达式为
sij
= σ ij
−
1 3
σ
δkk ij
（9）
∆α ij
=
2 3
(1
−
ψ
)
E
pεipj
∆t
（10）
有效塑性应变
ε
p eff
和当前屈服极限
σ
y
表示为
∫ ε = p
极限； p n+1 为 tn+1 时刻静水压力。
3.2 炸药的状态方程
本文采用JWL状态方程[7, 11]来模拟炸药：
⎛ p = A⎜1−
ω
⎞ ⎟
e
−
R1V
+
⎛ B ⎜1 −
ω
⎞ ⎟
e
−
R2V
+ ωE
（17）
⎝ R1V ⎠
⎝ R2V ⎠
V
式中：A、B、 R1 、 R2 和 ω 均为材料参数；p 为压 力；E0 为单位体积介质的初始内能；相对体积 V= ρ0/ρ，ρ0 和 ρ 分别为介质的初始密度和当前密度。 这些参数由标准的气缸膨胀试验确定，且相互制
约，不可随意更改其中任何一个值。
4 数值计算与分析
计算中的乳化（emulsion）炸药[12]密度 ρ0 = 13.1 kN/m3，爆速 DC-J = 5 500 m/s，压力 PC-J = 9.9 GPa。 其余参数见表 1，岩石介质本构参数见表 2，其中 ψ = 1 表明子程序中采用各向同性硬化；β 取值为 2.0 是为了满足断裂应力为荷载速率的三次方根[10]；а 可依据爆破漏斗的计算大小（直径与深度）与试验 得出的实际体积对比而尝试给出的，是一个可调 值[10, 13,14]。
model for rock is crucial. By assuming that the rock mass is an isotropic and continuous material with pre-existing random initial microcracks, an available rock tensile damage evolution equation considering time effect is coupled with the bi-linear
第 28 卷第 8 期 2007 年 8 月
文章编号：1000－7598－(2007) 08―1615―06
岩土力学 Rock and Soil Mechanics
Vol.28 No.8 Aug. 2007
岩石时效损伤模型及其在工程爆破中应用
王志亮1，郑田中2，李永池1
（1. 中国科技大学 近代力学系，合肥 230022; 2. 浙江温州市水利局堤塘管理处，温州 325000）
并引入了该软件中的侵蚀算法，对半无限岩体中临空面附近爆破漏斗问题进行了重点数值模拟，计算结果比较接近实际。本
文方法在工程中将具有一定的参考价值。
关 键 词：爆破；微裂纹；时效损伤；侵蚀算法；爆破漏斗；数值模拟
中图分类号：TB 41
文献标识码ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA
Time effect damage model of rock mass and its application to blasting engineering
ε v = 3ε m = ε 11 + ε 22 + ε 33
（1）
如果岩石介质受到拉载作用，只要其体内拉应 力值不超过其屈服应力 σ0，岩石单元均不会发生破 坏和损伤，此时的体应变称之为临界体应变：
εc
=
1
− 2v E
σ
0
（2）
当体应变 εv 小于 εc 时，岩体中微裂纹系统保持 不变；当 εv 大于或等于 εc 时，微裂纹就被激活。可 见微裂纹的激活和扩展需要有一个较高的应力水 平，但是若外力作用时间较短，裂纹也不一定能被 激活的，故而裂纹密度可表达如下[8-10]：
(ε
p eff
) n+1
=
(ε
p eff
)n
+
∆ε
p eff
（13）
式中
σ δ = S + p n+1
n +1
n +1
ij
ij
ij
（14）
S n+1 ij
=
S
* ij
−
6G∆ε
p eff
（15）
∆ε
p eff
=
Λ
−
σ
n y
3G + Ep
（16）
式中：
S
* ij
为应力偏量试探值；
σ
n y
为
t
n
时刻的屈服
（1987年）模型[5]等，它们均基本上假定岩石处在拉 应变下时其中的微裂即被激活与扩展，裂纹密度Cd 在岩石损伤本构中是一个重要的指标，但各自的损 伤演化方程不尽相同。
半无限岩体介质中工程爆破是生产实践中最常 见的，该类型爆破的特点是数值计算边界存在临空 面（或自由面）。根据介质爆破理论和应力波知识， 高温、高压爆轰波在离炮孔稍远处演化为应力波， 而应力波对岩石的破坏损伤具有重要作用。一般认 为应力波先把岩体中预裂纹激活，而爆轰气体则随
t
eff
0
23εipj dt
（11）
σ
y
=σ0
+ψ
E
pε
p eff
（12）
式中：Ep 为塑性硬化模量；ψ 为硬化参数。 式（8）中，当 φ≤0 时，为弹性或中性加载；
第8期
王志亮等：岩石时效损伤本构及其在工程爆破中应用
1617
φ>0 为塑性硬化。 tn+1 时刻的有效塑性应变修正值
以及应力分别为
Abstract: In order to achieve intelligent blasting and reduce the blast-induced adverse influences, the prediction of rock damage and its distribution scope through numerical simulation is of importance in engineering. Thereinto, the reasonable damage constitutive