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第一章 绪论1

1.1 深部开采面临的岩爆问题1

1.1.1 岩爆的定义3

1.1.2 开采诱发岩爆的因素分析4

1.1.3 动态扰动是触发深部矿山岩爆的关键性因素5

1.2 动态扰动作用下岩石破裂过程的研究现状6

1.2.1 试验研究方面6

1.2.2 理论及数值模拟研究方面8

1.3 本书的研究工作11

参考文献14

第二章 动态扰动下岩石破裂的数值试验方法22

2.1 动载荷与弹性波22

2.1.1 静载荷和动载荷22

2.1.2 弹性体的振动和弹性波23

2.2 动态扰动激发的应力波24

2.2.1 介质的弹性常数及弹性波类型25

2.2.2 杆中的一维纵波27

2.2.3 三维固体中的应力波29

2.2.4 平板中的平面波33

2.2.5 球面波与柱面波34

2.2.6 应力波的反射与折射36

2.2.7 应力波的能量及其衰减38

2.3 动态扰动诱致的岩石破裂39

2.3.1 动载荷（应力波）作用下岩石的力学特性39

2.3.2 剥落破裂42

2.3.3 会聚效应造成的破裂46

2.4 岩石类介质非均匀性的表征方法48

2.4.1 基于统计分布的方法48

2.4.2 基于数字图像处理技术的方法50

2.5 弹性动力学方程的有限元求解56

2.5.1 中心差分法57

2.5.2 线性加速度法和Wilson-θ法57

2.6 动态应力作用下岩石的损伤力学本构关系59

2.7 应力波诱致破裂的数值模拟程序——RFPA-Dynamics62

2.7.1 材料参数的赋值62

2.7.2 应力波诱发破裂的数值模拟流程64

2.7.3 静-动组合加载下岩石破裂的数值模拟流程65

2.7.4 结果显示及处理67

2.8 RFPA-Dynamics的验证67

2.8.1 与理论解的对比67

2.8.2 对一维波传播过程的模拟69

2.8.3 与试验结果的对比——巴西圆盘中的应力分布71

2.8.4 动态破裂过程分析功能的验证72

2.9 数值模拟与数值试验74

2.10 本章小结75

参考文献76

第三章 动态剥落破裂的数值试验79

3.1 平板波传播的数值试验79

3.2 非均匀岩板试样的剥落破裂及动态剥落强度80

3.2.1 非均匀岩板试样的数值模型80

3.2.2 数值试验结果及分析81

3.2.3 非均匀性对动态强度的影响83

3.2.4 应力波作用时间对试件剥落模式的影响86

3.3 单骨料混凝土板中的应力波传播及动态剥落89

3.3.1 数值模型89

3.3.2 应力波的传播及其诱致的破裂90

3.3.3 不同应力波作用时间时试样的破坏过程92

3.3.4 不同应力波峰值时试样的破坏过程93

3.3.5 试样中的应力变化95

3.4 混凝土杆试样的动态剥落破裂96

3.4.1 混凝土杆状试样数值模型96

3.4.2 混凝土试样在静态载荷下强度97

3.4.3 动载荷作用下非均匀混凝土试样的破裂99

3.5 混凝土梁的动态剥落破裂102

3.5.1 混凝土梁的数值模型102

3.5.2 砂浆梁试样的剥落破裂过程103

3.5.3 应力波作用时间对梁剥落破坏的影响103

3.5.4 应力波峰值对梁剥落破坏的影响106

3.6 本章小结109

参考文献109

第四章 岩石爆破损伤的数值试验110

4.1 岩石爆破损伤研究的意义110

4.2 爆炸载荷下岩石的力学响应111

4.3 岩石爆破损伤的研究现状112

4.3.1 岩石爆破作用机理112

4.3.2 岩石爆破损伤模型及数值模拟114

4.3.3 地应力的影响119

4.3.4 切缝药包定向断裂爆破121

4.4 岩石爆破损伤的数值计算模型124

4.4.1 爆破应力波124

4.4.2 爆破应力波的传播特征与衰减规律125

4.4.3 爆生气体的膨胀压力126

4.4.4 力平衡方程127

4.4.5 初始条件和边界条件128

4.4.6 岩石爆破损伤的本构关系128

4.4.7 方程的有限元求解及其验证129

4.5 应力波作用下单孔爆破损伤的数值模拟136

4.5.1 与文献［27］结果的对比分析136

4.5.2 爆生气体压力作用的影响142

4.6 两孔爆破损伤数值试验146

4.6.1 岩体爆破损伤的力学模型146

4.6.2 应力波单独作用下双孔爆破损伤数值试验146

4.6.3 爆破应力波和爆生气体共同作用下双孔爆破损伤数值试验150

4.6.4 炮孔间距影响规律的数值试验155

4.7 地应力对爆破损伤及裂纹扩展的影响162

4.7.1 地应力分布的一些基本规律162

4.7.2 单孔单向地应力下爆破损伤的数值试验163

4.7.3 双孔双向地应力下的爆破损伤的数值试验167

4.8 切缝爆破成缝规律的数值试验169

4.8.1 定向切缝控制爆破原理169

4.8.2 数值模型及计算结果分析172

4.9 本章小结177

参考文献178

第五章 动载荷作用下岩石试样的破裂过程187

5.1 平面压缩应力波作用下岩石的破裂过程187

5.1.1 应力波幅值的影响187

5.1.2 应力波持续时间的影响189

5.2 巴西圆盘试样的动态破裂过程192

5.2.1 数值模型192

5.2.2 静载荷作用下的破坏过程193

5.2.3 动载荷作用下的破坏过程196

5.3 含预裂纹巴西圆盘试样的动态破裂过程207

5.3.1 含预裂纹巴西圆盘试样的数值模型207

5.3.2 静载荷作用下的破裂过程208

5.3.3 动载荷作用下的破裂过程211

5.4 不规则岩块的破裂过程215

5.4.1 不规则岩块的数值模型216

5.4.2 不同动态应力波幅值对破裂过程的影响216

5.4.3 不同动态应力波持续时间的影响219

5.5 冲击载荷作用下球形试样的破碎过程220

5.5.1 相似模拟试验简介及数值模型220

5.5.2 试样中应力分布的数值试验221

5.5.3 球试样破碎过程的数值试验223

5.6 本章小结224

参考文献225

第六章 静-动组合加载下岩石的破裂过程228

6.1 岩石破裂的SHPB试验及结果228

6.1.1 SHPB试验设备及其原理228

6.1.2 磁铁矿石试验结果分析231

6.1.3 片麻岩试验结果分析234

6.2 SHPB试验中应力波传播的一维波动理论分析236

6.2.1 一维波动理论及分析程序236

6.2.2 程序验证239

6.2.3 不同冲头形状时SHPB试验的一维波动分析241

6.3 SHPB试验中的应力波传播过程分析242

6.3.1 开展SHPB试验数值模拟的必要性242

6.3.2 数值模型的建立244

6.3.3 数值试验结果分析245

6.4 动态扰动下岩石破裂过程的数值试验249

6.4.1 应力波的作用时间对损伤机制的影响249

6.4.2 应力波峰值对损伤机制的影响252

6.4.3 岩石均质度的影响256

6.5 静-动组合加载下岩石破裂过程的数值试验258

6.6 本章小结263

参考文献263

第七章 动态扰动触发深部岩巷岩爆的数值试验265

7.1 静态地应力条件下巷道围岩的应力分布及破裂特征265

7.1.1 地下巷道的力学模型265

7.1.2 巷道周边的应力分布265

7.1.3 RFPA-Dynamics程序用于巷道围岩损伤及破坏的验证269

7.1.4 不同断面形状巷道的破坏过程分析274

7.2 动态扰动触发深部巷道失稳破裂的数值试验281

7.2.1 圆形巷道的数值模型281

7.2.2 动态扰动触发岩巷岩爆的机理分析282

7.3 本章小结289

参考文献290

索引292