重复爆破荷载作用下岩石动态疲劳损伤特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51374038
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    80.0万
  • 负责人：
    杨军
  • 依托单位：
    北京理工大学
  • 学科分类：
    E0405.矿山开采工程
  • 结题年份：
    2017
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2017-12-31
  • 项目参与者：
    金乾坤； 高富强； 李新建； 李顺波； 徐振洋； 陈占洋； 迟力源； 何成龙； 郑耀武；
  • 关键词：
    裂纹扩展爆破疲劳损伤

项目摘要

This topic is about the problem of the stability of the rock surrounding near the blasting area which caught many attentions by the engineering of rock excavation, and studied the dynamic fatigue damage characteristics of the rocks under many times of blasting load. We studied the fatigue damage characteristics of the rock, the fractal evolution of crack and the fatigue strength under blasting load elastic wave characteristics through designed a testing apparatus which can do many times blasting load experiments. The law of crack propagation and the fatigue cumulative damage evolution were unified, and we defined “Fatigue damage factor” to correspond with Many times blasting load, and further analyzed the influence from Fatigue parameters to the mechanism of rock fatigue degradation and Rock fatigue damage life. The numerical simulation is researched on Dynamic fatigue damage characteristics of rock, fracture characteristics and crack propagation combining with XFEM simulation technique, which provide the scientific basis and practical methods to Rock excavation engineering safety control of surrounding rock.
本课题针对岩石开挖工程广泛关注的爆区附近围岩稳定问题,开展重复爆破荷载条件下岩石动态疲劳损伤特性研究。通过设计一套实现重复爆破荷载加载试验装置进行试验，研究重复爆破荷载弹性波作用下岩体疲劳损伤特征、裂纹分形演化和疲劳强度变化规律，将裂纹扩展规律和疲劳累积损伤演化统一起来，定义与多次爆破载荷相对应的"疲劳损伤因子"；并进一步分析研究疲劳参数对岩石疲劳劣化的机理和对岩石疲劳损伤寿命的影响。通过编制XFEM（扩展有限元）程序对岩石动态疲劳损伤特性、断裂特性和裂纹扩展进行数值模拟研究，为岩石开挖工程围岩安全控制提供科学依据和实用手段。

结项摘要

随着地下资源开采和国防防护等工程开挖深度的不断增加，处于地应力环境中的岩体在爆炸、高速冲击等作用下的动态响应过程趋于复杂。本研究采用理论分析、实验测试和数值模拟相结合的方法对主动围压和爆炸作用下岩石的破碎过程和损伤累积等进行研究，得出如下结论：.（1）设计并试制能够模仿重复爆破荷载条件下岩石动态疲劳损伤特性的试验装置。该装置可提供准静态双轴围压，并保证压力稳定性。爆炸加载而采取平面波发生器单向加载和试件中心炮孔加载两种方式，后者选取小直径药柱和低能导爆索，通过耦合和不耦合装药方式来调节爆炸荷载。利用超动态应变和高速摄像测试系统，对岩石内部变形及裂纹扩展等动态响应过程进行观测。.（2）对均匀围压和爆炸作用下岩石动态响应研究发现：围压在圆柱试件的环向形成压应力，减弱了爆炸应力波产生的环向拉伸破坏。破碎区半径、裂纹数目和裂纹几何尺寸随着围压增大显著减小。随着距爆炸中心越远，应力波强度降低，围压对径向裂纹的止裂作用增强。同时，结合弹性力学和柱面应力波相关理论分析，得到围压在孔壁附近产生环向压应力，减小了爆炸形成的拉伸破坏，这一结论与实验结果相符。通过数值模拟发现，爆炸后岩石的Von Mises应力随围压的升高而增强，而环向拉伸破坏随围压的升高而减弱。.（3）对重复爆炸实验研究中，在首次爆炸作用下，试件主要发生弹性变形，岩石内部没有产生损伤。随着加载次数增加，孔壁附近区域逐渐产生塑性变形，岩石内微裂隙开始萌生、合并。在最后一次爆炸加载，峰值应变突然增大，微裂纹快速成长为贯穿裂纹，造成试件脆性断裂失效。.（4）损伤D在0～0.4，弹塑性变形对试件整体的力学特征影响较小。D>0.5时，岩石产生不可逆的局部失效，内部损伤随加载次数递增，试件保持整体完整。D>0.6时，损伤累积超过极限，裂纹扩展造成岩石断裂。.（5）在爆炸应力波作用下，岩石的破坏过程和加载时间紧密关联。爆炸应力波持续时间较短，在岩石内部形成的损伤没有足够时间累积，单次加载下试件不会发生整体宏观失效。在多次加载下，损伤范围和程度逐渐增大，最终导致试件破碎。均匀围压在形成压应力场，可以有效阻碍微裂隙生长，提高试件强度。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（6）
专利数量（0）
主动围压条件下岩石爆炸作用动态响应研究
  • DOI：
    10.3969/j.issn.1000-1093.2017.12.013
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    兵工学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    何成龙;杨军
  • 通讯作者：
    杨军
台阶爆破岩石破碎楔块理论及数值模拟研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    爆破
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨军
  • 通讯作者：
    杨军
Laboratory study on the dynamic response of rock under blast loading with active confining pressure
主动围压爆炸荷载作用下岩石动力响应室内研究
  • DOI：
    10.1016/j.ijrmms.2018.01.011
  • 发表时间：
    2018-02-01
  • 期刊：
    INTERNATIONAL JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND MINING SCIENCES
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    He, Chenglong;Yang, Jun;Yu, Qi
  • 通讯作者：
    Yu, Qi
主动围压下岩石爆炸动态响应数值模拟
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    工程爆破
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨仲豪;杨军;何成龙
  • 通讯作者：
    何成龙
爆炸聚能作用下混凝土试件劈裂的高速3D DIC实验
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    爆炸与冲击
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    徐振洋;杨军;郭连军
  • 通讯作者：
    郭连军

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其他文献

我国农户贫困持续性及决定因素分析——基于相对和绝对贫困线的再审视
  • DOI：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    罗仁福
镍基自润滑涂层的摩擦学性能
  • DOI：
    10.16078/j.tribology.2018.05.009
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    摩擦学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孙洋;李文生;胡伟;杨军;朱圣宇;范祥娟
  • 通讯作者：
    范祥娟
Compensation Heating Technique for Experimental Investigation of Thermal Contact Conductance across GH4169/K417 Interface
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  • DOI：
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  • 发表时间：
    2013-08
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    0.7
  • 作者：
    Wang, ZR;杨军;Wang, S;Zhang, WF
  • 通讯作者：
    Zhang, WF
IEEE 802.11p车载自组网的HSCPN建模及分析
  • DOI：
    10.13190/j.jbupt.2015.02.024
  • 发表时间：
    2015-05
  • 期刊：
    北京邮电大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孙伟;张和生;潘成;杨军
  • 通讯作者：
    杨军
Monitoring Environment Transformation Along the BTIC Railway Based on Remote Sensing by Utilizing the R_RSEI
利用R_RSEI遥感监测BTIC铁路沿线环境变化
  • DOI：
    10.14358/pers.21-00091r2
  • 发表时间：
    2022-08
  • 期刊：
    Photogrammetric Engineering & Remote Sensing
  • 影响因子：
    1.3
  • 作者：
    张志华;吴晓雯;李轶鲲;闫坤;张帆;杨树文;杨军
  • 通讯作者：
    杨军

其他文献

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杨军的其他基金

精确延时爆破控制破碎块度机理研究
  • 批准号：
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露天台阶爆破边坡地震效应及控制研究
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    面上项目

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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