• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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岩石动力学简介

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岩石动力学简介

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出版历程
  • 刊出日期:  2019-08-01

岩石动力学简介

English Abstract

  • 岩石动力学主要研究岩石(体)在动载荷(如爆炸、冲击、地震、振动等)作用下,其动态力学性质与本构关系,破岩效应与机理、岩石(体)中应力波传播与衰减规律,岩石工程的安全与防护,岩石(体)动态特性的数值计算与数字仿真,有很强的工程应用背景。

    从广义的角度,岩石力学可分为岩石静力学与岩石动力学,它们虽然都是以固体力学为基础,严格地说是以弹塑性、黏弹塑性力学为其理论基础,但它们有荷载形式不同这个主要差别。就本质而言,所有力学问题都是动力学问题,只有当材料的惯性效应可忽略时,才能作为静力学问题处理。应变率在10−2~104 s−1的荷载,属于岩石动力学的研究范畴。

    在我国,岩石动力学研究最早可以追溯到20世纪60年代初大冶铁矿边坡稳定性研究中的“爆破动力效应试验”。较全面的岩石动力学研究,应该始于国家“防护工程问题的研究”。1977年始历时10年的“地下炸药库安全问题的研究”,以及国家经济快速发展带来的深路基、长隧道(洞)、高边坡爆破开挖等工程技术难题,促进了岩石动力学研究的进步。

    在国际上,在20世纪50~60年代,美国进行了多次核试验,开展了大量与岩石动力学相关的研究,成果主要以AD报告的形式发表。Josef Henrych撰写的《The dynamics of explosion and its use》(1979年)、George B Clark撰写的《Principles of rock fragmentation》(1987年)等著作,对岩石动力学研究发展有重大影响。

    在岩石动力学研究中,现场借助于压力、位移、速度和加速度等测量系统,室内借助于岩石动载机、霍布金森压杆、球面波与平面波爆炸实验装置、动光弹与高速摄影等一系列实验设备。开展了岩石(体)在爆炸冲击作用下不同时空尺寸的动态本构模型研究;获得了基于粒子速度测量和拉格朗日分析方法的岩石动力特性与本构关系;提出了考虑岩石强度依赖应变率的莫尔库仑准则,确定了岩体的破坏尺寸与应变率的关系。获得了不同爆炸、不同当量、不同比例距离下的岩体自由场应力波传播和衰减规律;研究了冲击载荷作用下岩石变形破坏的宏、细观结构特性;对条状装药在岩石介质中爆破破坏过程的应力场、爆破漏斗形成有了充分认识;利用有限元方法等对岩石构筑物的安全、稳定性分析,并取得了重要成果。

    由于岩石材料的特殊性和复杂性,岩石材料动态本构关系的建立十分困难,用一种本构关系表现岩石材料的共性是不现实的。针对某种具特定地理位置、特定生成年代、特定埋深的岩石材料,研究其本构特性,将是今后研究的主要方向。进一步完善岩石变形与破坏的时间构造性、岩石动力强度理论和破坏准则以及破坏过程,仍是深入研究的课题。大尺度、多尺度、多因素问题及耦合效应,也是主攻方向之一。应力波通过层状介质结构面(如裂隙、节理、断层等)的相互作用,波与结构物、构造物的相互作用,高阻抗失配材料中波的传播和衰减规律,波传播反问题的不适定性根源的研究,都有着十分重要的战略意义。研究岩体损伤、断裂随时间增长发展最终破坏失稳的机制、模式和判据,确定岩体时效损伤断裂的统一机制十分必要;应变速率效应和软化、围岩加固和应力转移技术等的研究,尤被关注。数值模拟不单纯是一种分析手段,也是一种实验具。应大力发展岩石动力断裂过程的数值模拟与虚拟仿真技术,并求得岩石动力学问题的精确解。

    高地应力条件下硬脆性岩体突发岩爆、矿井深部冲击地压的监测、预警与防治技术,高烈度地震区洞、基、坡的抗震与减振,隧道及地下构筑物的耐久性与安全防护关键技术,也是工程上亟需解决的难题。

    岩石动力学专业委员会副主任委员兼秘书长 黄理兴
    原中国科学院武汉岩土力学研究所副总工程师

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