层状岩体中预裂爆破的理论与实践

本文论述了炸药爆炸能在岩体钻孔内形成定向断裂面的原理,分析了岩体结构面对预裂爆破的影响,探讨了层状岩体预裂爆破断面形成的规律.根据应力分析理论,结合层状岩体预裂爆破的实际工程,确定予裂爆破参数,是层状岩体中进行预裂爆破的成功实践.     

既有临空面对采空区上覆岩体爆破振速场的影响研究

采空区边界条件影响其上覆岩体爆破地震效应。基于弹性波动理论,借助动力有限元算法,研究了采空区临空面、地表自由面及两种边界耦合作用下爆破地震波的传播机制与上覆岩体振速场的空间分布规律,以此为理论依据提出了上覆岩体分区准则。结果表明:采空区临空面改变爆破地震波传播路径,拐点对爆破地震效应具有显著衰减作用,可根据波传播途径拐点数对围岩分区;爆破地震波传播至地表自由面反射,对采空区上覆岩体爆破地震效应具有放大作用。提出将爆破振动作用下采空区上覆岩体的影响范围划分为两区:I区-波直传爆破振动放大区,Ⅱ区-波传播单拐点爆破振动弱衰减区,耦合作用下采空区临空面衰减作用大于地表自由面放大作用。上覆岩体爆破影响分区准则对地下工程爆破设计施工有一定指导意义。     

层状岩体爆破抛掷方向对大块率的影响

层状岩体的爆破效果往往较差,易引起较高大块率。通过理论分析层状岩体软弱结构面,并结合单个爆破漏斗试验可知,结构面间粘结力、应力波振幅和入射角度是影响爆破效果的主要原因,以此为理论基础并总结前人的科研成果,建立抛掷方向和岩层走向的夹角θ与大块率的关系。     

层状盐穴难溶夹层爆破效应数值模拟研究

难溶夹层控制爆破可消除层状盐穴建腔隐患、加强建腔速度。为研究层状盐穴难溶夹层爆破效应,采用带围压的分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置开展了泥岩夹层动态力学特性试验,获得了泥岩夹层的塑性随动硬化模型参数,嵌入LS-DYNA有限元程序进行了模拟验证,建立了层状盐穴难溶夹层爆破数值模拟模型,揭示了不同炸药当量及药柱位置对夹层爆破垮塌范围以及盐腔密闭性的影响规律。研究结果表明:在LS-DYNA中采用塑形随动强化模型可以较好地拟合泥岩夹层动力特性;作用于盐腔围岩应力波通过卤水和夹层岩体两种介质传递,应力波在岩体中传播的速度明显大于在水中传播的速度;在本计算实例中选取药柱半径7.5 cm,高度6 m,炸药当量76.8 kg,并布置在夹层中部可促使夹层可控垮塌,并保证盐穴围岩的密闭性。     

软弱夹层对爆炸应力波传播过程的影响研究

针对含软弱夹层岩体爆炸应力波的传播过程,采用数值模拟的方法,探讨了软弱夹层厚度、位置及角度对爆炸应力波传播的影响规律。研究结果表明:爆炸应力波在软弱夹层界面处发生反射,产生的拉伸应力波使应力波能量在迎波面汇聚,加剧该部分岩体的破坏程度。随着软弱夹层厚度的增加,前方岩体拉应力峰值增长作用由近迎波面岩体向炮孔周边岩体传播,拉应力峰值增长率逐渐提高;同时,夹层阻隔作用增强,后方岩体有效应力峰值衰减加快。软弱夹层与起爆中心的间距减小使得夹层前方岩体拉应力峰值显著增长,而对夹层后方岩体的阻隔作用逐渐减弱。应力波能量主要汇聚在软弱夹层的垂直方向,致使岩体爆破产生的裂缝偏离水平测线方向而向软弱夹层法线方向发展。研究成果可用于指导类似地层隧道爆破施工设计。     

节理岩体爆破数值模拟

岩体的节理裂隙常常会影响爆破效果,而且会由此增加大块率,提高爆破成本.为了探明节理岩体爆破特点,首先采用有限元方法模拟了节理岩体爆破应力场的分布特点,接着分析了在台阶底部不同点的等效应力的变化规律,最后模拟了爆炸能量在节理岩体的传播规律.研究结果表明,节理裂隙能有效地反射爆炸应力波,节理裂隙越多,波的反射就越强,而且反射波的强度随着弱面与岩体间的波阻抗的差值的增加而加大;台阶底部各点的有效应力随着节理裂隙的存在而发生复杂的变化,而不象在均质岩体中一样有规律;炸药爆炸产生的动能在节理岩体中衰减快,透过闭节理时能量的衰减比透过充填节理要慢,爆炸能量透过倾斜节理时衰减较慢,而透过垂直节理时衰减较快.     

节理走向角度对爆炸应力波传播影响的试验研究

自然岩体多为含有节理裂隙等地质结构面的不连续介质。大量的经验表明,岩体的这种不连续性对爆破工程中爆炸应力波的传播及岩石的破坏范围与程度都具有重要影响。为了研究节理走向角度对爆炸应力波传播的影响,分别对含不同走向角度节理岩体的声波速度与爆炸应力波通过节理时振幅的衰减进行了试验研究。首先对含不同走向角度的层状节理岩石试件进行了声波波速测试,结果表明含节理岩石试件的声波速度与完整试件相比都有不同程度的衰减,且衰减程度随节理与声波传播方向夹角的增大呈线性减小关系。其次,通过对司家营铁矿现场24次台阶爆破试验,发现应力波通过节理时,振幅的衰减程度随节理走向角角度的增大呈先减小后增大变化,当走向角度为90°时,应力波振幅的衰减最小。     

水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究

为了研究水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应,以段家坪隧道为例,采用数值模拟,对拱顶、拱肩、拱腰和拱脚的振速和应力以及节理对应力波传播的影响规律进行分析,将数值模拟和现场爆破振动数据进行对比。结果表明:拱顶处的振速和应力最大;随着岩体中水平岩体层数的增加,K值减小,α值增大;水平层状岩体模型中,节理两侧的振速与应力衰减幅度较均质模型中大;由于实际隧道围岩并不是均质的,现场监测振速数据拟合出的振动波衰减指数α偏大。     

应力差和节理角度对水压爆破岩体损伤影响研究

为研究应力差和节理角度对水压爆破破岩效果的影响规律,在对水压爆破应力波在岩体的透射、反射机制进行分析的基础上,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,研究不同应力差和节理角度条件下的水压爆破裂纹扩展过程、分布特征及岩体损伤范围。结果表明,应力差对岩体损伤区域影响明显,且对非线性破坏区的影响明显大于压碎区。在节理角度一定的条件下,翼裂纹的张开角度随着主应力差的增加而增大;节理角度对于应力入射波和反射波的叠加作用效果具有直接影响,导致翼裂纹的长度及扩展方向、层裂区损伤范围等发生变化。节理角度为90°时,节理外侧岩体损伤最小,但是内侧层裂区损伤严重,随节理角度降低,层裂区损伤量减小,翼裂纹长度增加,贯穿裂缝逐步沿节理方向延伸,直至节理角度降低至0°时,层裂区损伤达到最小,翼裂纹和贯穿裂缝重合。     

裂隙岩体爆破数值模拟研究

岩体中的裂隙直接影响到爆炸应力波在岩体中的传播,进而影响到爆破效果。针对宏观闭合裂隙岩体的特点,采用LS—DYNA与离散元软件3DEC相结合的方法,分别模拟了含1条裂隙、2条平行裂隙和2条相交裂隙岩体中爆炸应力波的传播特点。结果表明,台阶爆破中应力波的分布并不均匀,应力波主要朝自由面的方向传播;闭合型宏观裂隙阻碍爆炸应力波的传播,岩体中裂隙越多,最小主应力降低的越快,2条裂隙时,炮孔附近的拉应力降低了约30%。     

地应力对岩石爆破开裂及爆炸地震波的影响研究

深部岩体爆破开挖是高地应力和炸药爆炸产生的动应力共同作用的结果。采用SPH-FEM耦合数值模拟方法,研究了地应力场对岩石爆破开裂及开裂区外地震波能量的影响。结果表明:随着地应力水平的提高,岩石爆破破碎区的范围缩小、裂纹扩展速度降低,非静水地应力场中破碎区内裂纹主要沿最大主应力方向扩展,但地应力对爆破粉碎区的形成几乎没有影响;地应力作用下爆破开裂区形态改变影响了爆炸地震波的能量及传播特性,随着地应力的增大,更多的炸药爆炸能转化为地震波能量,产生的高频地震波随距离衰减更快,且小主应力方向上的爆炸地震波能量更大。研究成果可为深部岩体爆破优化设计提供理论参考。     

爆破断裂分形研究

本文根据岩体内的爆破断裂分形，得出爆炸应力波峰值随距离的衰减规律。实例分析结果证明这种方法准确、可靠、简便，表现了各种因素对爆炸应力波峰值随距离衰减的综合影响。     

爆破断裂分形研究

本文根据岩体内的爆破断裂分形，得出爆炸应力波峰值随距离的衰减规律。实例分析结果证明这种方法准确、可靠、简便，表现了各种因素对爆炸应力波峰值随距离衰减的综合影响。     

动焦散线在爆炸裂纹扩展试验研究中的应用

爆炸裂纹的动态扩展问题是爆炸力学研究的热点。本文建立了爆炸加载的动焦散线测试系统,解决了试验中的有效光学图片获取、精确同步控制等问题,为进一步定量分析爆炸裂纹扩展规律提供了一种新的有效实验方法。采用爆炸加载的透射式动焦散实验系统,初步研究了爆炸载荷下的裂纹起裂、发展和止裂的动态扩展行为,分析其破坏模式和动态应力强度因子、裂纹扩展速度的变化,并研究了爆炸裂纹穿过有机玻璃板的人工层理的规律。     

动焦散线在爆炸裂纹扩展试验研究中的应用

爆炸裂纹的动态扩展问题是爆炸力学研究的热点。本文建立了爆炸加载的动焦散线测试系统,解决了试验中的有效光学图片获取、精确同步控制等问题,为进一步定量分析爆炸裂纹扩展规律提供了一种新的有效实验方法。采用爆炸加载的透射式动焦散实验系统,初步研究了爆炸载荷下的裂纹起裂、发展和止裂的动态扩展行为,分析其破坏模式和动态应力强度因子、裂纹扩展速度的变化,并研究了爆炸裂纹穿过有机玻璃板的人工层理的规律。     

爆破地震波穿越不同介质结构面的衰减效应

为探索爆破地震波穿越不同充填介质结构面的振动速度、频率和能量分布的衰减规律,采用混凝土边坡相似模型进行爆破振动试验。通过分析爆破地震波的峰值振动速度、边际能量谱和各频带能量百分比,获得了爆破地震波穿越无结构面与结构面充填泥、细沙、水和空气的衰减规律。结果表明:当充填介质波阻抗越小,地震波的峰值能量和峰值振动速度衰减越快,频率上表现出高频滤波作用越强,在频带间能量分布变窄,主频带有往低频带0～20 Hz聚集的趋势;值得注意的是,当水作为充填介质时,不仅水的波阻抗会影响地震波的衰减,而且水的微压缩连续性也会使峰值能量和峰值振动速度衰减更慢,能量在频带间分布更广,水的流动性则会造成爆破地震波的主频带在各传播方向上分布不一。在相同充填介质条件下,随着结构面倾角增大,峰值振动速度在各传播方向上均减小。     

爆破地震波穿越不同介质结构面的衰减效应

为探索爆破地震波穿越不同充填介质结构面的振动速度、频率和能量分布的衰减规律,采用混凝土边坡相似模型进行爆破振动试验。通过分析爆破地震波的峰值振动速度、边际能量谱和各频带能量百分比,获得了爆破地震波穿越无结构面与结构面充填泥、细沙、水和空气的衰减规律。结果表明:当充填介质波阻抗越小,地震波的峰值能量和峰值振动速度衰减越快,频率上表现出高频滤波作用越强,在频带间能量分布变窄,主频带有往低频带0~20 Hz聚集的趋势;值得注意的是,当水作为充填介质时,不仅水的波阻抗会影响地震波的衰减,而且水的微压缩连续性也会使峰值能量和峰值振动速度衰减更慢,能量在频带间分布更广,水的流动性则会造成爆破地震波的主频带在各传播方向上分布不一。在相同充填介质条件下,随着结构面倾角增大,峰值振动速度在各传播方向上均减小。     

高层建筑在爆破地震波作用下振动传播规律

为了解决爆破地震波对高层建筑影响的问题,基于爆破地震波的特征及相关因素,以贵阳市观山湖区某一道路爆破工程为例,通过爆破振动现场测试,分析了爆破地震波作用下高层建筑结构振动传播规律。结果表明:爆破地震波作用下测点的垂向振动速度恒大于切向和径向振动速度;随着距爆源高差的增加,爆破振动速度逐渐增大;随着距爆源水平距离的增加,爆破振动速度逐渐减小。通过拟合分析,得出衰减系数α随着高差的降低也逐渐减小;高程影响系数在测点和爆源最大高差时最大。