PDF《顶爆作用下裂隙对锚固洞室振动速度的影响 王光勇 裴晨浩 林...》

Lee 等[3] 研究了半空间中隧洞对 P 波和 SV 波 的散射和衍射问题;

缪文红等[4] 研究了爆破地震波作用下入射波频率和洞室埋深不同时圆形隧道洞壁 振动速度的缩放规律;

单仁亮等[5] 利用数值软件研究了爆破作用下直墙圆拱形洞室的单元有效应力和 振动速度衰减规律;

Zhao 等[6] 通过振动速度和频率研究了邻近洞室爆破开挖对既有洞室的影响;

Xia 等[7] 研究了隧道轴向距离、半径和埋深等因素对质点峰值振速的放大效应;

王光勇等[8C9] 研究了爆炸荷载作 用下锚杆加固洞室的动态响应,并对相应的参数影响进行了探讨.对于裂隙岩体:柴少波等[10] 分析了 柱面波在节理岩体中的传播规律;

Deng 等[11] 利用数值分析软件分析了在爆破动载作用下含节理圆形 巷道的破坏程度及形式;

杨仁树等[12] 利用 ABAQUS 研究了应力波经过节理时岩体的应力状态.上述 研究均是对洞室或者裂隙进行单独分析,未研究裂隙参数不同时洞室振动速度的分布规律.本工作将 基于相似模型试验,通过数值软件分析裂隙倾角和长度的改变对洞室质点峰值振动速度的影响.

1 数值模拟 1.1 模型参数 本数值模型基于室内抗爆实验[9] 建立,为了方便计算,将其简化为平面应变问题,计算模型如图

1 所示.模型宽、高分别为

240、230 cm,洞室为直墙圆拱形,跨度

60 cm,高40 cm,圆拱半径

35 cm;

锚杆 * 收稿日期: 2018-07-20;

修回日期:2018-08-10 基金项目: 国家自然科学基金(51304067);

河南省高等学校青年骨干教师资助计划(2015GGJS-069) 作者简介: 王光勇 (1977-),男,博士,副教授,主要从事岩土工程动载试验研究. E-mail:[email protected] 第33 卷第2期高压物理学报Vol. 33, No.

2 2019 年4月CHINESE JOURNAL OF HIGH PRESSURE PHYSICS Apr. ,

2019 025201-1 间距

4 cm,长度为

24 cm.爆炸源中心距洞顶

83 cm, 左、右边界及模型下部采用无限元模拟半无限体.节 理为张开型节理,设置为狭长的椭圆形,短轴为 0.5 mm, 对应于实际洞室中间距为

5 mm 的张开型裂隙.裂隙 设置在拱顶

39 cm 处锚固区外,设置不同的倾角 和 长度 L.倾角 取0°、30°、45°、60°、90°,长度 L 设置 为洞室跨度的 5/

3、3/

3、4/

3、1/

2、1/

3、1/5,分别为

100、

60、

45、

30、

20、12 cm.图1中P

1、P2 是拱顶动 载监测点,V1 为拱顶振速监测点,V

2、V3 为两拱脚振速 监测点,V

4、V5 为两帮振速监测点,V6 为拱底振速监测 点.加载压力是由实验测得的距装药中心半径

10 cm 的爆腔压力,压力时程曲线如图

2 所示. 1.2 模型本构及网格划分 岩石的本构采用混凝土塑性损伤模型(CDP),该 模型能够较好地反映岩石等准脆性材料在爆炸荷载 下的损伤状态.岩石的参数设置见表 1.岩石强度和 应变率的关系[13] 为 式中: 为动态强度, 为静态强度, 为应变率. 锚杆在相似实验中用铝棒模拟,直径为 1.84 mm, 密度为 3.0 g/cm3 ,弹性模量为

76 GPa,泊松比为 0.34, 采用理想弹塑性模型,屈服强度为

282 MPa.为了使 裂隙面更符合实际情况,在裂隙面的切线方向设置 0.2 的摩擦系数. 表1中: 为轴向初始屈服压应力, 为非等轴向初始屈服压应力,K 为表征偏应力平面上屈服 曲线的形状参数. 网格尺寸对岩石动力学计算的影响很大,根据王海兵等[14] 的研究成果,当一个载荷波长内的网格 数达到