在防护和采矿等工程中,洞室围岩常会受到不同形式的冲击载荷作用,从而诱发垮塌和冲击地压等严重灾害.继续完善自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法,同时引入Ⅰ型和Ⅱ型断裂能,在适于模拟拉裂的基础上,也适于模拟剪裂,从而可对有关灾害的机理分析和预防产生积极意义.利用该方法开展了周期半正弦波冲击下洞室围岩的变形-开裂-垮塌过程的数值模拟研究,着重阐明了应力波反射和叠加导致洞室顶板开裂机理,解释了洞室两帮拉、剪裂相伴现象的原因,探讨了周期冲击载荷幅值的影响规律.研究发现:(1)当由模型的上端面传入的第1个压应力波抵达洞室顶板表面时,压应力波分化成的中间部分发生反射,反射的拉应力波单独自己或与第1和第2个压应力波之间的受拉区叠加导致顶板拉裂;(2)洞室顶板以拉裂为主;洞室两帮以剪裂为主,并形成V形坑.洞室顶板的拉裂区对于后继应力波有吸能作用;(3)在洞室两帮发生剪裂后形成多重V形坑,坑内应力处于低值,而且,压应力波波后会存在一个挤压程度不强烈区甚至受拉区,从而导致坑内发生拉裂,造成拉、剪裂相伴现象;(4)随着冲击载荷幅值的减小,拉、剪裂缝的数目和分布范围减小,V形坑最大深度减小,洞室围岩更易平衡.
冲击载荷 洞室围岩 应力波 反射 叠加 拉裂 剪裂 连续-非连续方法