高地应力下硬岩爆破破裂行为机理研究

在能量、时间与频率、以及质量范畴内，把高地应力下硬岩爆破破裂行为的基础问题，抽象为爆炸加载与高地应力共同作用，致使硬岩产生破裂响应的动静组合能量守恒系统。主要研究：高地应力作用对硬岩中爆炸应力波传播产生影响的规律；不同应力状态下硬岩选择性吸收应力波能量的频谱分量，与地应力作用对爆生裂隙的发育与扩展等破裂行为产生倾向性影响之间，存在的内在联系；高地应力卸荷对破裂行为产生影响的机理；进行不同地应力作用下，2-D与3-D物理模型对比破裂实验，从方法学的角度揭示应力波与地应力作用，对硬岩破裂(碎)结果产生影响的机制；最后，根据硬岩消耗的能量与其损伤、破裂或破碎程度之间，存在的对应关系，基于断裂力学理论和能量守恒原理，探索高地应力下硬岩爆破破裂行为机理。本研究对于提高硬岩地下工程建设质量，控制工程建设与运营风险，满足国民经济持续发展对矿产资源、水电及交通地下工程的需求，具有理论和现实意义。

在地下工程及深井采矿等工程领域，高地应力对硬岩爆破破裂行为产生影响。本项目研究高应力硬岩爆破破裂行为的机理。通过20MN双向反力架，对混凝土模型(长60cm×宽60cm×高15cm)侧面施加静荷载(Px，Py)，模拟高地应力作用；采用水中放电爆炸(UDE)加载技术，在模型中央圆孔中施加冲击荷载；利用模型中安装的应变式传感器和压力传感器，测定了静荷载与冲击加载共同作用产生的径向应力波。用数值模拟方法，研究了静荷载的变化，与圆孔周围静应力场差异性分布状态之间存在的关系。分析了静应力场差异分布状态和加载水平的变化，对应力波参数产生影响的趋势。根据能量守恒原理，分析了模型产生倾向性破损力学行为，与静应力场差异性分布以及冲击加载能级之间存在的内在联系，初步揭示了高地应力下硬岩爆破破裂行为的机理。本研究有利提高人们对复杂加载条件岩石破裂行为机理的认识水平，有利于提高硬岩地下工程建设质量，控制工程建设与运营风险，满足国民经济持续发展对矿产资源、水电及交通地下工程的需求，具有理论和现实意义。