深部岩石爆破的气–固耦合断裂建模与机制研究

基本信息
批准号:11772090
项目类别:面上项目
资助金额:56.00
负责人:李永强
学科分类:
依托单位:东北大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:贺红亮,喻寅,池维超,张颖,李佟,胡洲,汪旭日
关键词:
格点–弹簧模型爆破气–固耦合深部岩石断裂
结项摘要

The exploitation of deep mineral resources has become the inevitable trend of the development of mining industry both at home and abroad. At present, there are some serious problems in the deep mining, such as poor maneuverability and high risk of disaster. In the environment of rock mass with deep high stress and multiple cracks ,it has been a crucial factor that can not be ignored and avoided which the high pressure detonation gas (detonation product) drives the original fracture surface of rock to expand and leads to the unexpected blasting effect. The modeling and mechanism study of gas-solid coupling fracture in the process of deep rock blasting will be an significant foundation for revealing the disaster-causing mechanism of deep mining and establishing the theory of precision blasting. This project intends to adopt lattice -spring model which has prominent advantages in the treatment of brittle fracture problems combined with the particle method based on molecular dynamics which can effectively describe the expansion behavior of gas to establish a large-scale parallel computational model to describe the propagation, bifurcation and coalescence of the original crack and the new crack of rock under the action of explosion shock wave and explosive gas. Through numerical simulation, the characteristics and patterns of blasting failure in rock mass with deep high stress and multiple cracks will be obtained and the gas-solid coupling fracture mechanism of the evolution of cracks driven by detonation gas can be revealed, which will provide a fundamental understanding for improving the maneuverability and safety of deep blasting.

深部矿产资源的开发已成为我国及世界未来采矿发展的必然趋势。当前深部采矿中存在着爆破可控性差、灾害风险高的严峻问题。在深部高应力、多裂纹的岩体环境中,高压的爆生气体(爆轰产物)驱动岩石的原始断裂面扩展并导致非预期的爆破效果,这已成为不可再被忽略与回避的关键因素。针对深部岩石爆破过程开展气–固耦合断裂建模与机制研究,将是揭示深部采矿致灾机理与建立精准爆破理论的重要基石。本项目拟将在处理脆性断裂问题时具有突出优点的格点–弹簧模型,与可有效描述气体膨胀行为的基于分子运动论的微粒方法相结合,建立描述岩石原始裂纹与新生裂纹在爆炸冲击波和爆生气体共同作用下扩展、分叉、贯通的三维大规模并行计算模型。通过数值模拟研究获得高应力、多裂纹岩石中爆破破裂过程的特征与规律,揭示爆生气体驱动裂纹演化的气–固耦合断裂机制,为改善深部爆破的可控性与安全性提供基础认识。

项目摘要

本项目针对深部岩石爆破过程中的气–固耦合问题,深入开展了含裂纹岩石的微结构建模、爆炸冲击波导致的岩石断裂以及裂纹扩展等问题的数值模拟研究。建立了含转动自由度的三维格点-弹簧模型,揭示了冲击加载条件下裂纹起裂所需的“孕育时间”与拉伸应力的关系,以及“孕育时间”对动态演化的影响。研究发现冲击波在多孔样品内传播时会逐渐演化为弹性波-变形波的双波结构,气孔率和冲击应力共同决定着变形波的传播速度,多孔样品的Hugoniot曲线都包含线弹性阶段、塌缩变形阶段和滑移与转动变形等三个阶段。裂纹的分叉并不是裂纹起裂后马上发生分叉,而是随着裂纹扩展速度逐渐升高,当达到临界值后,扩展路径出现不稳定并伴随着较多的次级裂纹产生,经过一段时间的演化后,裂纹才发生分叉,并且随着加载率的增加,达到裂纹分叉所需时间会变短,同时单裂纹、微分叉裂纹两阶段对应的裂纹扩展长度也越短。项目的研究成果能够为深部矿产资源的安全开采提供有力的理论依据。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
2

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
3

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

DOI:10.11834/jrs.20209060
发表时间:2020
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

基于公众情感倾向的主题公园评价研究——以哈尔滨市伏尔加庄园为例

基于公众情感倾向的主题公园评价研究——以哈尔滨市伏尔加庄园为例

DOI:
发表时间:2022

李永强的其他基金

批准号:41001304
批准年份:2010
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31201517
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31401711
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31360378
批准年份:2013
资助金额:45.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71372208
批准年份:2013
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:51403189
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31500802
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51408566
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31560428
批准年份:2015
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71072170
批准年份:2010
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:61772517
批准年份:2017
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:61703369
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21772104
批准年份:2017
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:11304386
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11774428
批准年份:2017
资助金额:69.00
项目类别:面上项目
批准号:21102077
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61303255
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61402129
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

爆破烟尘气固动力学的研究

批准号:19472010
批准年份:1994
负责人:李怀宇
学科分类:A0905
资助金额:6.50
项目类别:面上项目
2

深部工程围压与高温环境下岩石Ⅲ型断裂机理研究

批准号:41072242
批准年份:2010
负责人:黎立云
学科分类:D0705
资助金额:45.00
项目类别:面上项目
3

深部采动影响下固-液-气耦合机理及瓦斯运移规律研究

批准号:51204217
批准年份:2012
负责人:蒋长宝
学科分类:E0408
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

深部高温高应力岩石动态断裂特征及微观破裂机理

批准号:51774325
批准年份:2017
负责人:尹土兵
学科分类:E0404
资助金额:60.00
项目类别:面上项目