应力波作用下岩石类孔隙介质变形破坏与能量耗散机制的数值模拟研究

被引：11

作者：

鞠杨 ^{[1
]}

王会杰 ^{[1
]}

杨永明 ^{[1
]}

胡沁昂 ^{[2
]}

彭瑞东 ^{[1
]}

机构：

[1] 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京市岩石混凝土破坏力学重点实验室

[2] School of Environment and Civil Engineering,College of Engineering,Oklahoma State

来源：

中国科学:技术科学 | 2010年 / 06期

关键词：

孔隙介质; 三维模型; 岩石; 应力波; 破坏机制; 能量耗散;

D O I：

暂无

中图分类号：

O347.4 [应力波];

学科分类号：

摘要：

通过CT扫描、X射线衍射和物理实验等方法获取了天然砂岩的孔隙结构参数、矿物组成和物理力学性质,研制了具有与天然砂岩相同的孔隙结构特征和基体性质、但孔隙率不同的岩石类孔隙介质的物理模型.利用孔隙介质物理模型的CT扫描图像和MIMICS构建了具有不同孔隙率的孔隙结构三维有限元模型.通过设定应力波动理论假设的条件模拟了孔隙介质SHPB冲击破坏过程,分析了波动应力作用下岩石类孔隙介质的动力学响应、应力传递模式和变形破坏机制.研究表明:利用孔隙介质三维有限元模型可以直观定量地分析应力波传播过程中岩石类介质内部孔隙和基体的应力、应变状态及变形破坏机制.一定压强和波速的应力波传播过程中,孔隙率低于15%的岩石介质内部的孔隙未发生明显变形,变形主要体现为孔隙周边基体的微塑性(剪切变形)和开裂(横向拉应变),以及孔隙周边开裂区域的相互连通.剪应力使基体单元产生微塑性,拉应力使基体单元开裂.孔隙周边基体单元的破坏及相互贯通主要是由于基体单元的横向拉应力或拉应变超过材料的极限值.模拟得到的孔隙介质的应力波传播规律、变形与破坏模式以及能量耗散性质与物理模型的实验结果相吻合.本文研究为解析岩石类孔隙介质的复杂多变动力学响应的内在机制、应力传递模式、变形破坏与致灾机理提供了参考.

引用

页码：711 / 726

页数：16

共 10 条

[1] 孔隙介质中应力波传播机制的实验研究 [J].

鞠杨 ;

杨永明 ;

毛彦喆 ;

刘红彬 ;

王会杰 .

中国科学(E辑:技术科学), 2009, (05) :904-918

[2] 岩石孔隙结构的统计模型 [J].

鞠杨 ;

杨永明 ;

宋振铎 ;

徐文静 .

中国科学(E辑:技术科学), 2008, (07) :1026-1041

[3] 液饱和多孔介质中三维应力波的传播 [J].

刘凯欣 ;

刘颖 .

力学学报, 2003, (04) :469-473

[4] 复杂界面(界面层)条件下的弹性波传播问题研究综述 [J].

汪越胜 ;

于桂兰 ;

章梓茂 ;

冯仰德 ;

不详 .

力学进展 , 2000, (03) :378-390

[5] 断层冲击地压发生的理论与试验研究 [J].

潘一山 ;

王来贵 ;

章梦涛 ;

徐秉业 .

岩石力学与工程学报, 1998, (06) :642-649

[6]

Seismic hazard assessment under complex source size distribution of mining-induced seismicity[J] . Stanislaw Lasocki,Beata Orlecka-Sikora.Tectonophysics . 2008 (1)

[7] Dynamic modelling of induced seismicity [J].

Hazzard, JF ;

Young, RP .

INTERNATIONAL JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND MINING SCIENCES, 2004, 41 (08) :1365-1376

[8] A split Hopkinson pressure bar technique to determine compressive stress-strain data for rock materials [J].

Frew, DJ ;

Forrestal, MJ ;

Chen, W .

EXPERIMENTAL MECHANICS, 2001, 41 (01) :40-46

[9]

Instantaneous outbursts in underground coal mines: An overview and association with coal type[J] . B.Basil Beamish,Peter J Crosdale.International Journal of Coal Geology . 1998 (1)

[10]

Seismological and energy balance constraints on the mechanism of a catastrophic bump in the Book Cliffs coal mining district, Utah, U.S.A[J] . F.M. Boler,S. Billington,R.K. Zipf.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences . 1997 (1)

← 1 →