岩石动力学研究现状与展望

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1、东北大学资源与土木工程学院考试科目：高等岩石力学指导老师：王述红论文题目：岩石动力学研究现状及展望考试日期：2012年01月05日姓名：李盼学号：11016259岩石动力学研究现状与展望一、引言岩石力学从广义的角度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，但它们之间存在有其荷载形式不同这一主要差别。常规的岩石力学系指应变率在1×10-5s-1～1×10-5s-1荷载范围，如常规的刚性伺服试验机荷载；当应变率小于1×10-5s-1时，这就属于岩石流变学研究范畴；当应变率大于1×105s

2、-1时，岩体处于热流体状，属爆炸流体力学范畴。因此，只有当加载应变速率在1×10-1s-1～1×10-4s-1荷载范围，才属于岩石动力学研究范畴，如动载机、霍布金逊压杆、常规爆炸荷载。在岩石动力学研究范畴，岩石承受的荷载典型是冲击荷载，因而必须考虑惯性效应，即波效应，因此岩石动力学也是以应力波为其理论基础，但由于受载岩石结构构造的非均质、各向异性以及岩石的脆性与多节理裂隙性，作为理论基础的应力波也需针对岩石作些特定的限定与发展。因此，应力波在岩体（石）中的传播与衰减、应力波与节理裂隙的相互作用、应力波通过层状介质结构面折反透射关系及辩解效应，均是岩石动力

3、学研究重点。我国岩石动力学研究最早可以追溯到20世纪60年代初湖北大冶铁矿边坡稳定性研究中的爆破动力效应实验。比较全面地开展岩石动力学研究，应该始于1965年由国家科委与国防科委同意成立防护工作组，并将“防护工程问题的研究”增列为十年规划中的国家重点项目。【1】当时与岩石动力学相关的课题主要有：（1）岩土（体）在爆炸作用下的动力性能。（2）岩土（体）中爆炸波的传播。（3）地面爆炸产生的弹坑、破坏区及应力场。防护工程组会议明确指出，岩体中爆炸产生的应力波应结合任务进行野外实验。从1965～1980年这15年的历程中，我国进行了多次大规模的防护工程与国家安全

4、工程现场试验，在爆炸现场主要测量岩体内位移、速度、加速度及压力等运动参数与力学参数，分析应力波在岩土中的传播与衰减规律，开展了岩体本构关系的研究和应力波在毛洞周围绕射的动光弹与高速摄影研究。研制了压力、位移、速度和加速度等测量系统，并研制了岩石高压动力三轴仪、霍布金森压杆等一系列实验设备。同时，有限元法等数值模拟计算也取得了重要突破。我国防护工程的建设与研究，奠定了我国岩石动力学研究的基础。【2】1977年由国家计委组织、兵器工业部和国家贮备局牵头，全国20多个部委、兵种、大专院校与科研院所参加的地下炸药库安全问题的研究（“9七七工程”），也是我国首次进

5、行的大比例现场化爆实验，最大规模做到1:1的500tTNT原型洞库炸药实验，在国际上也属罕见。【3】与岩石动力学相关的研究课题有：岩体中应力波的特征和传播与衰减规律，爆破漏斗与破坏分区。室内试验有岩石动态力学性质与岩石断裂机理等以及相关的数值计算。该工程项目的研究，可以说是我国国防与地方携手联合完成国家层面重大项目的一部巨著。1987年，中国岩石力学与工程学会岩石动力学专业委员会的成立，标志着我国岩石动力学学科发展走向新的里程。从1988年开始，岩石动力学专委会每两年组织召开的全国岩石动力学学术会议，至今已举办十一届，大会将全国从事岩石动力学的学者、技术

6、人员召集一起，共同研讨我国岩石动力学学科建设，交流研究成果、展望发展趋势、，对我国岩石动力学的发展起到了促进作用。【4】大会与会人数也从早期的50人左右，发展到今天的150左右，研究单位涵盖水利水电、能源矿山、煤炭石油、铁路交通、建筑国防、大专院校与科研单位等。一、我国岩石动力学研究取得的主要成就（一）严实动态力学性质与本构关系研究各种动荷载作用下所引起的地运动的预报以及对岩石结构建筑物破坏的预报，岩石中结构物的抗爆炸破坏能力的估计，以及这些结构物的合理设计等要求充分地掌握岩石和岩体的动态力学性质、本构关系，特别是爆炸荷载作用下的本构关系，它是研究岩石爆

7、破机理、应力波传播规律、防护工程设计以及地震工程、沿途基础工程等所必需的重要资料。王武林等通过室内大块度岩石球面波爆炸实验，用拉格朗日多点测量和分析方法对实测结果进行了数值计算，获得了大理岩材料在弹塑性区的本构关系。唐春安、徐小荷采用长杆自由下落冲击圆球形岩石试件，通过荷载—位移—落高之间的关系，得到三种岩石的荷载—位移全过程曲线。王礼立等基于拉格朗日分析方法研究率型材料的动态力学性能，对Fowls等人提出的拉格朗日分析方法，从理论分析和数值模拟两方面相结合作了检验分析，建立拉氏分析与ZWT率型本构模型之间的定量关系。【5】尹光志、黄滚在对延时进行了平面

8、应变、常规三轴和声发射试验及煤岩CT扫描饰演的基础上，采用非线性分叉理论、混沌理