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.     

节理岩体爆破研究进展

实际的岩体都是被节理裂隙等弱面切割,对爆破效果有很重要的影响、本文在回顾并综合分析了节理岩体爆破理论和试验研究状况的基础上,对节理岩体的质量综合评价、力学模型的研究、数值模拟的研究、爆破块度的分析及理论与试验相结合等方面提出了几点看法。     

节理岩体爆破研究进展

实际的岩体都是被节理裂隙等弱面切割,对爆破效果有很重要的影响、本文在回顾并综合分析了节理岩体爆破理论和试验研究状况的基础上,对节理岩体的质量综合评价、力学模型的研究、数值模拟的研究、爆破块度的分析及理论与试验相结合等方面提出了几点看法。     

节理岩体中的爆破作用分析

文中对岩体节理在爆破中的破坏作用进行了详细的分析，首先对岩体进行节理和裂隙的定量描述，给出岩体破坏前的初始损伤，在此基础上利用岩体动力破坏和岩石动载破碎的新本构模型对岩体破坏过程进行分析，其结果可以描述岩体的节理间距，岩体损伤情况，从而对节理岩体的破坏有更深入的认识。     

节理岩体爆破的研究现状

描述了目前国内外学者对节理岩体爆破的研究进展，分析了常用的一些数学模型，阐述了人们对爆破块度的测定及预报情况以及计算机模型模拟及其应用。节理岩体本身的特性较一般工程材料更复杂、更特殊，因此在爆破作用中，节理对爆破效果的影响有时比岩体本县物理力学性质的影响更显著，所以研究更有理论意义和实际意义。文章提出了节理岩体爆破的研究工作中今后需要解决的一些问题。     

节理岩体爆破的研究现状

描述了目前国内外学者对节理岩体爆破的研究进展,分析了常用的一些数学模型,阐述了人们对爆破块度的测定及预报情况以及计算机模型模拟及其应用。节理岩体本身的特性较一般工程材料更复杂、更特殊,因此在爆破作用中,节理对爆破效果的影响有时比岩体本县物理力学性质的影响更显著,所以研究更有理论意义和实际意义。文章提出了节理岩体爆破的研究工作中今后需要解决的一些问题。     

节理裂隙岩体爆破试验研究

首先利用超声波探测法对节理裂隙岩体进行了声波测试,对不同的节理裂隙岩体进行了质量评估.然后通过对节理裂隙岩体进行爆破漏斗试验,分析了节理裂隙对岩体中爆炸应力波传播、岩石破碎及爆破漏斗形成的影响,得出了一些有益结论,对节理裂隙岩体理论研究和指导工程实践具有一定的参考价值.     

节理岩体边坡爆破振动衰减特征分析

遵义市南部新区新龙快线项目中,岩体节理裂隙较为发育,岩层产状为缓倾斜,倾角约20°,边坡的走向和结构面走向夹角较小。爆破施工时,在上覆岩体重力荷载和爆破振动荷载的共同作用下,边坡稳定性难以得到保证。为研究节理岩体边坡爆破振动速度传播规律,进而采取合理的控制措施,通过对边坡爆破振动进行监测,分析边坡爆破振动衰减特征,得到不同装药量和爆心距时爆破振动在边坡上的传播规律。研究结果表明:装药量越大,距离越小,振速衰减速度越大;振速高程放大效应效果与装药量密切相关。对监测结果进行回归分析与预测,结合研究结果最后提出合理措施。     

柱状节理岩体爆破开挖松动的数值模拟

采用Voronoi方法生成柱状节理,并在炮孔壁边界施加爆炸荷载,建立离散元数值模型模拟地下洞室光面爆破过程。通过设置不同地应力水平的工况,来研究爆破开挖过程中地应力和爆炸荷载耦合作用下柱状节理玄武岩的松动机理。结果表明:爆破开挖过程中,柱状节理面存在张开和剪切滑移两种破坏模式,并在开挖卸荷时表现出张开后再闭合的特征。准静态卸荷对围岩松动变形的影响范围小于开挖瞬态卸荷,而考虑爆炸荷载与开挖瞬态卸荷耦合作用的开挖方式下围岩松动范围最大。地应力水平越高,开挖瞬态卸荷导致的松动变形范围越大。     

节理岩体爆破的破裂规律分析

通过实验室节理岩体模拟模型的电测实验,分析了节理岩体内爆炸应变波的传播规律及破裂形式,并与数值计算的模拟结果相比较,研究节理岩体爆破能量的耗损,为提高节理岩体的爆破效果提供理论依据。     

节理岩体爆破损伤演化机理探讨

通过爆破块度与天然块度之间的关系，探讨节理岩体的宏观损伤演化。利用Ｌｅｍａｉｔｒｅ等效应变假设，分析细观损伤与宏观损伤的耦合损伤，为建立节理岩体在爆炸炸载荷作用下的损伤模型探索一条途径。     

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%。     

节理岩体爆破振动传播衰减规律相似模型试验研究

节理对于爆破振动传播衰减规律具有显著的影响,相关研究对于爆破振动控制具有重要意义。采用水泥石膏材料制作岩石相似模型试件,采用云母片模拟充填节理,以单发雷管作为爆源产生爆破振动信号,采用TC-4850监测入射波与出射波爆破振动速度。测试了选用的水泥石膏材料配方的力学性能,包括单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角,测得的力学参数与石灰石的相似比约为20。试验中设置的条件包括：1～3条节理三种节理数量条件,20°、40°、60°三种节理倾角条件。基于试验的入射波与出射波振动数据,对比分析了不同条件下爆破振动的强度与衰减率的变化情况,试验结果表明：相比完整模型爆破振速数据,节理前方入射波区域存在爆破振动的放大现象,节理后方的出射波区域存在爆破振动衰减的增大现象;爆破振速衰减随着节理数量的增大而增大但是增幅较小;爆破振速衰减随着节理倾角的增大而减小且变化幅度显著;水平轴向与垂直方向的爆破振速变化具有相同的规律与一致的变化幅值。     

节理裂隙岩体空气间隔装药爆破试验研究

为探索节理裂隙岩体空气间隔装药爆破技术的可行性,在贵州某土石方工程爆破施工现场选取岩体节理裂隙发育和岩体相对完整的2种地质区域,分别选取空气层的比例为5%、10%、15%、20%、25%、30%等工况进行混装铵油炸药孔口与孔底空气间隔装药爆破试验,利用Split—Desktop 3.0软件对爆破块度和爆破开挖后根底进行统计分析,得出了不同区域相同空气层位置、比例以及相同区域不同空气层位置、比例下的爆破效果。结果表明:节理裂隙发育区域采用空气间隔装药容易产生根底;岩体完整性对空气间隔装药参数取值有显著影响;岩体节理裂隙发育区域,应当选用较小的空气间隔比例;该试验区域的节理岩体可采用间隔比例为10%～15%的孔口空气间隔装药进行爆破。     

基于离散元的柱状节理岩体等效弹性模量尺寸效应研究

尺寸效应的研究在评估节理/裂隙岩体力学性质方面具有重要意义,通过离散元数值方法研究尺寸效应。引入Voronoi图模拟随机节理,以相对标准差为标准,衡量试验结果的稳定性和可靠度,进行了足够次数不同尺寸的单轴压缩数值试验。进而采用统计方法分析E_eq(等效弹性模量)和1/E_eq(等效柔量)的尺寸效应。研究表明：相对标准差值为5%对应的变形REV(representative elementary volume)尺寸约为4倍Voronoi多边形平均边长;样本E_eq的均值随着尺寸的增大显著降低,而样本1/E_eq的均值随尺寸变化很小。对结论的适用性进行了分析,实际工程中多采用样本E_eq的均值估算岩体的整体等效弹性模量,建议同时采用1/E_eq均值的倒数估算其下限。并将此方法应用于白鹤滩水电站节理岩体原位变形试验成果的分析。     

节理岩体爆破块度预测的力学模型探讨

考虑到节理岩体的结构特点及岩块之间的局部非线性相互作用，运用多刚体系统动力学的理论方法，借助于Ｂｏｎｄ破碎理论，建立了节理岩体在爆炸载荷作用下块度预测的力学模型。将节理分布特征，爆破机理及块度分布计算紧密地联系在一起，避免了以往各环节脱节的不足。     

爆破作用下节理岩体应变能变化规律及影响研究

节理岩体的爆破破裂机制及特征是岩土工程领域的研究热点之一,从岩体应变能角度进行研究更接近岩体破坏本质。建立节理岩体的爆破开挖模型,采用波动理论推导出爆破引起的节理岩体的应变能密度和节理张开位移的理论解。理论解表明:节理岩体的应变能与爆破荷载强度及初始地应力水平密切相关。以白鹤滩水电站工程为实例,采用理论解计算了爆破荷载从10~20 MPa,初始地应力从0~10 MPa时的岩体应变能密度与节理张开位移,结果表明:爆破荷载作用下岩体应变能密度表现出明显的先积蓄和后释放特征,爆破荷载越大,节理岩体积蓄的应变能越多,释放后导致的岩体节理面的张开位移越大。初始地应力的大小对岩体应变能和岩体节理面的张开位移的影响呈现相似规律。     

节理性质对岩体爆破破坏模式影响的数值分析

针对目前常用的有限元和离散元等数值方法难以客观反映岩体中存在的大量断续节理和在外力作用下岩体破碎及块体运动的不足,提出了采用数值流形方法以解决目前岩体爆破模拟中存在的上述问题.数值流形方法采用数学网格与物理网格以形成求解流形单元,因而很容易反映岩体中存在的众多初始节理,采用断裂力学准则以模拟节理、裂纹扩展,采用DDA中的块体运动学理论以模拟块体运动.最后通过算例对比分析了完整岩体和节理岩体爆破破坏模式的差异,说明了节理存在对岩体爆破破坏模式有着重要影响,且其影响程度与节理的几何分布及物理力学性质有着密切关系.     

节理岩体的随机本构关系

本文根据节理岩体变形等效的原则推导出多组节理岩体的等效连续模型的本构关系，在考虑岩体节理参数随机分布的基础上，依据Ｒｏｓｅｎｂｌｕｔｈ的概率理论求出能反映节理岩体随机特性平面问题弹性矩阵，该模型能更好反映节理岩体的工程特性。     

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。