岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法技术

本发明专利技术公开了岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法，该方法对碎裂区、粉碎区损伤半径确定公式进行了优化，获得了岩石碎裂区、粉碎区半径与损伤变量之间的关联关系，并通过爆破碎裂判定模拟验证方法进行验证，可以更加准确判定岩石碎裂区与岩石损伤区之间的损伤临界值，确定爆破区半径，进行岩石爆破碎裂区的判定。进行岩石爆破碎裂区的判定。进行岩石爆破碎裂区的判定。

【技术实现步骤摘要】
岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法


[0001]本专利技术属于岩石爆破碎裂判定
，具体涉及岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法。

技术介绍

[0002]随着科技发展，爆破理论及技术正在向智能化、精细化方向发展，数值仿真技术作为重要研究手段之一，其关键点在于算法和材料本构，适用于爆破破岩数值计算的算法主要有有限元(FEM)、流固耦合(ALE)、粒子流(SPH)等，材料本构方面主要有TCK、HJC、Yang及RHT等。算法和材料本构方程不仅决定计算效率还影响结果的准度。
[0003]近年来大量学者对岩石损伤本构模型展开了较为系统研究；张若棋利用AUTODYN数值软件中混凝土HJC、RHT本构进行失效强度参数分析计算，提出利用混凝土的特征强度确定失效强度参数的方法并进行校验；王秀丽采用SPH法与RHT本构得到楔挡分流结构在内部爆炸作用下的爆坑形态特征、损伤区范围等；张德生采用基于光滑质点流体动力学与RHT混凝土本构的方法得出破碎大块煤的有效方法；Prakash采用改进后的RHT本构模型对钢纤维增强水泥基复合材料板(SFRCC)在冲击过程中的各种特性现象得出最佳纤维体积与厚度下的冲击能力峰值；Wang提出一种确定RHT材料模型参数的方法；李洪超通过正交试验与敏感度分析对RHT本构中参数进行分析。许多学者对爆破荷载下岩石损伤分区判定进行了研究，卢文波等利用RHT损伤本构进行数值模拟，并辅以相应的现场爆破试验，对深部隧道开挖爆破下的岩石损伤孕育机理进行较全面研究；潘城通过SHPB实验与室内爆破试验对光面爆破参数进行优化，有效控制了超欠挖现象。宋肖龙利用地质雷达信号具有短时非平稳的特点，通过HHT法对信号进行去噪处理以提取有效反映损伤特征的瞬时参量，从而获得围岩损伤图像来进行损伤分区。刘闽龙建立各向异性动态损伤本构进行隧道爆破损伤影响数值模拟，并基于声波测试原理对隧道围岩损伤进行测量，以验证各向异性动态损伤本构的准确性。贾海鹏建立了损伤敏感区间计算模型，结合实际工况计算出了敏感区间的数值，并校核了区间内外的安全药量。
[0004]史卜涛基于广义插值物质点法提出一种物质点强度折减法，为边坡的稳定性分析提供了新的分析思路；张忠将点火增长方程与物质点法相结合，对多种材料在撞击屏蔽炸药方面进行模拟，验证了物质点法在冲击起爆问题的可行性；张芮瑜针对强夯作用下的土体变形问题，将应力密度相关土体本构模型与物质点法相结合，分析总结出强夯过程中的能量转化规律，为相关问题的研究提供新视角；王宇新基于冲击动力学与爆炸焊接理论，利用物质点法对界面波进行数值模拟并进一步分析研究了界面波形成机理。张智宇利用高速摄影仪对爆破破岩的物质点进行轨迹抓拍，得到了不同时刻的鼓包运动轮廓。
[0005]物质点法在大变形、高速碰撞等方面的模拟效果表现良好，但目前对现场爆破效果分析方面的应用相对较少；RHT损伤本构在爆炸荷载下对于材料的损伤状态描述方面较为突出，然而岩石损伤的判定准则主要还是基于《水工建筑体地下开挖工程施工技术规范》中的判定标准，在实际爆破判定中，对于岩石碎裂区与岩石损伤区之间的损伤临界值的判
定不够准确，判定方法需要进一步优化。
[0006]因此，本专利技术提供了更加准确判定岩石碎裂区与岩石损伤区之间的损伤临界值的岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法。
[0008]为了达到上述技术目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0009]岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法，包括以下步骤：
[0010]S1：确定岩石RHT本构模型参数；
[0011]S2：确定塑性应变
[0012]其中，p
*
为抗压强度参数归一化压力，p为当前所受压力，fc为抗压强度，F
r
为动态增量因数，R3为描述剪、拉子午线强度折减因素，为压缩屈服面参数，G为原始材料的剪切模量，ζ为模型中硬化的缩减因子；
[0013]极限应变
[0014]其中，D1，D2为RHT模型中的损伤参数，Dc为岩石临界损伤参量，Q1，Q2分别代表拉伸子午线依赖系数、剪切子午线依赖系数，子午线依赖系数、剪切子午线依赖系数，是相对剪切强度和相对拉伸强度；
[0015]S3：确定岩石塑性应变与岩石临界损伤参量D
cr
的关系，
[0016]S4：确定损伤分区中爆心距r与损伤变量D间的关系曲线，
[0017]其中，a2和f0分别代表：衰减系数、爆破初始频率；
[0018]S5：岩石RHT本构的爆破碎裂判定模拟验证。
[0019]优选的，所述S1中岩石RHT模型参数是通过通过理论分析、静力学试验、波速测定试验、SHPB冲击试验以及数值模拟相结合的方法确定；
[0020]优选的，所述S2中选取岩石处于开始压碎时与完全压实时的应力状态分别作为岩石损伤区与岩石碎裂区临界阈值评判标准，得出塑性应变ε
p
与极限应变表达式ε
max
；
[0021]优选的，所述S3中RHT本构模型中对于损伤参量D定义为：
[0022]其中其中其中其中为失效时的塑性应变，Δε
p
为失效塑性应变和当前塑性应变的差值，为失效截止压力为失效截止压力为塑性应变中间值。
[0023]优选的，所述S5中岩石RHT本构的爆破碎裂判定模拟验证，其方法包括以下步骤：
[0024]S1：基于物质点法爆破碎裂区数值模拟验证；
[0025]S2：碎裂区范围现场爆破试验验证；
[0026]S3：得出优化的损伤分区中爆心距r与损伤变量D间的关系曲线：
[0027][0028]其中，r
c
为碎裂区半径，r
d
为粉碎区半径。
[0029]优选的，所述S1基于物质点法采用RHT本构模型，利用Peneblast模拟软件进行爆破漏斗数值模拟分析；
[0030]优选的，所述S2钻孔有效控制偏斜与钻孔深度误差，爆破漏斗现场试验按照数值模拟验证中的参数进行设计，爆破后对爆破漏斗进行扫描，再对爆破漏斗体积进行可视化处理。
[0031]本专利技术的有益效果是：
[0032]该方法对碎裂区、粉碎区损伤半径确定公式进行了优化，获得了岩石碎裂区、粉碎区半径与损伤变量之间的关联关系，并通过爆破碎裂判定模拟验证方法进行验证，可以更加准确判定岩石碎裂区与岩石损伤区之间的损伤临界值，确定爆破区半径，进行岩石爆破碎裂区的判定。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为变钠质熔岩力学试验过程示意图；
[0035]图2为物质点法示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定岩石RHT本构模型参数；S2：确定塑性应变其中，p
*
为抗压强度参数归一化压力，p为当前所受压力，fc为抗压强度，F
r
为动态增量因数，R3为描述剪、拉子午线强度折减因素，为压缩屈服面参数，G为原始材料的剪切模量，ζ为模型中硬化的缩减因子；极限应变其中，D1，D2为RHT模型中的损伤参数，Dc为岩石临界损伤参量，Q1，Q2分别代表拉伸子午线依赖系数、剪切子午线依赖系数，线依赖系数、剪切子午线依赖系数，是相对剪切强度和相对拉伸强度；S3：确定岩石塑性应变与岩石临界损伤参量D
cr
的关系，S4：确定损伤分区中爆心距r与损伤变量D间的关系曲线，其中，a2和f0分别代表：衰减系数、爆破初始频率；S5：岩石RHT本构的爆破碎裂判定模拟验证。2.根据权利要求1所述岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法，其特征在于，所述S1中岩石RHT模型参数是通过通过理论分析、静力学试验、波速测定试验、SHPB冲击试验以及数值模拟相结合的方法确定。3.根据权利要求1所述岩石RHT本构的爆破碎裂判定方法，其特征在于，所述S2中选取岩石处于开始压碎时与完全压实时的应力状态分别作为岩石损伤区与岩石碎裂区临界阈值评判标准...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永辉，阮迅，李洪超，张智宇，李永杰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：