基于隧道掘進破巖的微波弱化巖石的數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖石破碎是隧道開挖不可回避的工作，選擇破巖方法應(yīng)以快速、高效為原則。機械破巖是目前的主要方法之一，但是對于強度較大的硬巖層和特硬巖層，機械破巖刀具往往磨損過快，缺乏經(jīng)濟上的競爭力。如果在機械破碎之前，預(yù)先使用微波照射以降低硬巖強度，將極大提高破巖效率，故“微波+機械”組合能量切巖、破巖系統(tǒng)將成為一種重要的隧道開挖新技術(shù)。
　　本文依據(jù)微波加熱和巖石熱破裂的基本理論，在試驗的基礎(chǔ)上，尋求建立有效的巖石數(shù)值模型，采用數(shù)值模擬方法對微波

2、照射損傷巖石進行研究，分析巖石損傷的細觀力學(xué)機理，得到損傷的規(guī)律。具體研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　（1）從巖石熱破裂理論對微波照射巖石造成強度損傷的原理進行理論分析，認為微波照射對巖石強度的損傷主要是由巖石內(nèi)部不同礦物的性質(zhì)差異引起。在照射中，性質(zhì)差異造成巖石內(nèi)溫度不平衡，形成“熱點”，再由于不同礦物熱膨脹系數(shù)差異，造成膨脹差異引發(fā)熱應(yīng)力，當(dāng)熱應(yīng)力大于巖石強度時就引發(fā)巖石損傷，強度降低。
　?。?）試驗施加不同功率和照射時間的

3、微波作用，得到巖石強度損傷規(guī)律：照射時間一定的條件下，巖石損傷程度與微波功率呈正相關(guān)；微波功率一定的情況下，存在一個最佳的照射時間范圍，在此時間范圍內(nèi)，照射時間增加將有效地造成損傷，降低強度。此后增加照射時間將不能有效提高損傷程度。
　?。?）依據(jù)試驗研究，利用有限元軟件 ANSYS建立類似花崗巖的二相巖石模型，通過模擬微波照射得到巖石內(nèi)部溫度場、應(yīng)力場和塑性破壞的發(fā)展演化規(guī)律，分析巖石破壞的細觀機理和不同條件下的損傷規(guī)律，認為巖