巖石的動態(tài)斷裂過程分析及其在爆破控制中的應(yīng)用
作者：Sang-Ho CHO
博士學(xué)位候選人
指導(dǎo)者：Katsuhiko Kaneko教授
環(huán)境與資源工程部
導(dǎo)論
由爆炸產(chǎn)生碎片系列是一個極其復(fù)雜的過程，這個過程包括晶核的形成和微型裂紋傳播最終將巖石打成碎片。 此外，碎片是受內(nèi)在屬性材料、裝載條件，如幾何自由邊界和不連貫性等等的影響。 因此，現(xiàn)在的大多數(shù)爆炸模型都依靠一整套模型和基于經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式為基礎(chǔ)的方程。盡管現(xiàn)在由一些利用高速攝影技術(shù)并配合其他各種技術(shù)，但是主要困難還是很難獲得碎片的完整實驗結(jié)果。
碎片形成很大程度上取決于動態(tài)斷裂過程，這在控制碎片數(shù)量，裂紋傳播方向等中起著重要的作用。為了控制分裂的過程，將材料、外力和破碎過程連接起來就很有必要。要解釋破碎機制，首先要確定一個適當(dāng)?shù)姆椒?，模擬巖石斷裂，并允許測試的巖石在各種負載條件下。這就要求巖石的動態(tài)強度和破碎現(xiàn)象的機制能被解釋。為了調(diào)查臺階式爆破的分裂機制，也有必要為爆炸碎片（碎片大小分布）制定一項新的假設(shè)方法而得到分析結(jié)果。此外，充分了解臺階式爆破的爆炸碎片，就要考慮巖石所受的壓力波和大氣壓。
本文提出了一種在各種動態(tài)加載條件下巖石動態(tài)斷裂過程分析模型。利用擬議的分析方法，巖石的動態(tài)抗拉強度的應(yīng)變率依賴機制就形成了。分析的目的就是使參與爆炸引起的鉆孔破裂動態(tài)破裂機制變得清楚。為了預(yù)測和控制的爆炸碎片，使用擬議分析方法和圖像分析程序這種新的方法的被建議采用。這里討論了的關(guān)于爆炸模式的爆炸碎片的最佳條件。此外，為了得到爆炸碎片對延遲時間的最佳條件，對動態(tài)斷裂過程的進行了改進，模擬一個完全爆炸氣體流量模型。

動態(tài)破碎過程分析
動力有限元方法的增量位移形式可用來解釋比較大的位移的情況。重復(fù)網(wǎng)格算法可用來建立裂紋擴展模型，假定拉伸斷裂，像裂紋產(chǎn)生，傳播和相連，發(fā)生在基礎(chǔ)界限。因此，裂縫模型就是從元素的邊界開始，這并不改變元素的形狀。