巖石動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀與展望

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1、東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院考試科目：高等巖石力學(xué)指導(dǎo)老師：王述紅論文題目：巖石動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀及展望考試日期：2012年01月05日姓名：李盼學(xué)號(hào)：11016259巖石動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀與展望一、引言巖石力學(xué)從廣義的角度可分為巖石靜力學(xué)與巖石動(dòng)力學(xué)，它們雖然都是以固體力學(xué)為基礎(chǔ)，嚴(yán)格地說(shuō)是以彈塑性、黏彈塑性力學(xué)為其理論基礎(chǔ)，但它們之間存在有其荷載形式不同這一主要差別。常規(guī)的巖石力學(xué)系指應(yīng)變率在1×10-5s-1～1×10-5s-1荷載范圍，如常規(guī)的剛性伺服試驗(yàn)機(jī)荷載；當(dāng)應(yīng)變率小于1×10-5s-1時(shí)，這就屬于巖石流變學(xué)研究范疇；當(dāng)應(yīng)變率大于1×105s

2、-1時(shí)，巖體處于熱流體狀，屬爆炸流體力學(xué)范疇。因此，只有當(dāng)加載應(yīng)變速率在1×10-1s-1～1×10-4s-1荷載范圍，才屬于巖石動(dòng)力學(xué)研究范疇，如動(dòng)載機(jī)、霍布金遜壓桿、常規(guī)爆炸荷載。在巖石動(dòng)力學(xué)研究范疇，巖石承受的荷載典型是沖擊荷載，因而必須考慮慣性效應(yīng)，即波效應(yīng)，因此巖石動(dòng)力學(xué)也是以應(yīng)力波為其理論基礎(chǔ)，但由于受載巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造的非均質(zhì)、各向異性以及巖石的脆性與多節(jié)理裂隙性，作為理論基礎(chǔ)的應(yīng)力波也需針對(duì)巖石作些特定的限定與發(fā)展。因此，應(yīng)力波在巖體（石）中的傳播與衰減、應(yīng)力波與節(jié)理裂隙的相互作用、應(yīng)力波通過(guò)層狀介質(zhì)結(jié)構(gòu)面折反透射關(guān)系及辯解效應(yīng)，均是巖石動(dòng)力

3、學(xué)研究重點(diǎn)。我國(guó)巖石動(dòng)力學(xué)研究最早可以追溯到20世紀(jì)60年代初湖北大冶鐵礦邊坡穩(wěn)定性研究中的爆破動(dòng)力效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。比較全面地開(kāi)展巖石動(dòng)力學(xué)研究，應(yīng)該始于1965年由國(guó)家科委與國(guó)防科委同意成立防護(hù)工作組，并將“防護(hù)工程問(wèn)題的研究”增列為十年規(guī)劃中的國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目。【1】當(dāng)時(shí)與巖石動(dòng)力學(xué)相關(guān)的課題主要有：（1）巖土（體）在爆炸作用下的動(dòng)力性能。（2）巖土（體）中爆炸波的傳播。（3）地面爆炸產(chǎn)生的彈坑、破壞區(qū)及應(yīng)力場(chǎng)。防護(hù)工程組會(huì)議明確指出，巖體中爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波應(yīng)結(jié)合任務(wù)進(jìn)行野外實(shí)驗(yàn)。從1965～1980年這15年的歷程中，我國(guó)進(jìn)行了多次大規(guī)模的防護(hù)工程與國(guó)家安全

4、工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在爆炸現(xiàn)場(chǎng)主要測(cè)量巖體內(nèi)位移、速度、加速度及壓力等運(yùn)動(dòng)參數(shù)與力學(xué)參數(shù)，分析應(yīng)力波在巖土中的傳播與衰減規(guī)律，開(kāi)展了巖體本構(gòu)關(guān)系的研究和應(yīng)力波在毛洞周圍繞射的動(dòng)光彈與高速攝影研究。研制了壓力、位移、速度和加速度等測(cè)量系統(tǒng)，并研制了巖石高壓動(dòng)力三軸儀、霍布金森壓桿等一系列實(shí)驗(yàn)設(shè)備。同時(shí)，有限元法等數(shù)值模擬計(jì)算也取得了重要突破。我國(guó)防護(hù)工程的建設(shè)與研究，奠定了我國(guó)巖石動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)?！?】1977年由國(guó)家計(jì)委組織、兵器工業(yè)部和國(guó)家貯備局牽頭，全國(guó)20多個(gè)部委、兵種、大專院校與科研院所參加的地下炸藥庫(kù)安全問(wèn)題的研究（“9七七工程”），也是我國(guó)首次進(jìn)

5、行的大比例現(xiàn)場(chǎng)化爆實(shí)驗(yàn)，最大規(guī)模做到1:1的500tTNT原型洞庫(kù)炸藥實(shí)驗(yàn)，在國(guó)際上也屬罕見(jiàn)?！?】與巖石動(dòng)力學(xué)相關(guān)的研究課題有：巖體中應(yīng)力波的特征和傳播與衰減規(guī)律，爆破漏斗與破壞分區(qū)。室內(nèi)試驗(yàn)有巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)與巖石斷裂機(jī)理等以及相關(guān)的數(shù)值計(jì)算。該工程項(xiàng)目的研究，可以說(shuō)是我國(guó)國(guó)防與地方攜手聯(lián)合完成國(guó)家層面重大項(xiàng)目的一部巨著。1987年，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)巖石動(dòng)力學(xué)專業(yè)委員會(huì)的成立，標(biāo)志著我國(guó)巖石動(dòng)力學(xué)學(xué)科發(fā)展走向新的里程。從1988年開(kāi)始，巖石動(dòng)力學(xué)專委會(huì)每?jī)赡杲M織召開(kāi)的全國(guó)巖石動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議，至今已舉辦十一屆，大會(huì)將全國(guó)從事巖石動(dòng)力學(xué)的學(xué)者、技術(shù)

6、人員召集一起，共同研討我國(guó)巖石動(dòng)力學(xué)學(xué)科建設(shè)，交流研究成果、展望發(fā)展趨勢(shì)、，對(duì)我國(guó)巖石動(dòng)力學(xué)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用?！?】大會(huì)與會(huì)人數(shù)也從早期的50人左右，發(fā)展到今天的150左右，研究單位涵蓋水利水電、能源礦山、煤炭石油、鐵路交通、建筑國(guó)防、大專院校與科研單位等。一、我國(guó)巖石動(dòng)力學(xué)研究取得的主要成就（一）嚴(yán)實(shí)動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)與本構(gòu)關(guān)系研究各種動(dòng)荷載作用下所引起的地運(yùn)動(dòng)的預(yù)報(bào)以及對(duì)巖石結(jié)構(gòu)建筑物破壞的預(yù)報(bào)，巖石中結(jié)構(gòu)物的抗爆炸破壞能力的估計(jì)，以及這些結(jié)構(gòu)物的合理設(shè)計(jì)等要求充分地掌握巖石和巖體的動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)、本構(gòu)關(guān)系，特別是爆炸荷載作用下的本構(gòu)關(guān)系，它是研究巖石爆

7、破機(jī)理、應(yīng)力波傳播規(guī)律、防護(hù)工程設(shè)計(jì)以及地震工程、沿途基礎(chǔ)工程等所必需的重要資料。王武林等通過(guò)室內(nèi)大塊度巖石球面波爆炸實(shí)驗(yàn)，用拉格朗日多點(diǎn)測(cè)量和分析方法對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，獲得了大理巖材料在彈塑性區(qū)的本構(gòu)關(guān)系。唐春安、徐小荷采用長(zhǎng)桿自由下落沖擊圓球形巖石試件，通過(guò)荷載—位移—落高之間的關(guān)系，得到三種巖石的荷載—位移全過(guò)程曲線。王禮立等基于拉格朗日分析方法研究率型材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，對(duì)Fowls等人提出的拉格朗日分析方法，從理論分析和數(shù)值模擬兩方面相結(jié)合作了檢驗(yàn)分析，建立拉氏分析與ZWT率型本構(gòu)模型之間的定量關(guān)系?！?】尹光志、黃滾在對(duì)延時(shí)進(jìn)行了平面

8、應(yīng)變、常規(guī)三軸和聲發(fā)射試驗(yàn)及煤巖CT掃描飾演的基礎(chǔ)上，采用非線性分叉理論、混沌理