深孔台阶抛掷爆破岩石破碎及抛掷机理

为了分析提高抛掷爆破效果,揭示深孔台阶抛掷爆破岩石破碎及抛掷机理具有重要意义。分析了露天矿岩石抛掷爆破采用深孔柱状装药时岩石的破碎抛掷过程和受力特性,通过理论分析和公式推导,揭示了应力波和爆生气体对岩石破碎和抛掷的作用机理。研究结果表明,冲击波作用于炮孔壁周围形成径向裂隙和环向裂隙,爆生气体促使裂缝扩展,并形成破碎块度,剩余爆生气体能量促使破碎岩块沿最小抵抗线方向抛掷。     

爆破漏斗岩石破碎块度实验与仿真

为研究单自由面岩石爆破破坏范围变化以及破碎块度分布规律，首先采用光学折射Snell定律研究爆炸应力波在单自由面的反射规律，进而确定爆破漏斗底半径；然后结合白马铁矿现场爆破漏斗实验，分析不同药包埋深和药包质量条件下爆破漏斗几何特征和岩石破碎块度大小；并采用连续-非连续单元法(CDEM)模拟爆破漏斗形态和岩石破碎块度。研究结果表明：单位药包质量下的爆破漏斗体积以药包比值质量的幂函数型增大，并随药包比值埋深的增加呈现先增加后减小的规律，在比值埋深值为1.01时存在极大值点；爆破漏斗岩石破碎块度随药包质量的增加而减小，随药包埋深的增加而增大，破碎岩块的平均粒径以药包质量的-19/30次方减小，以药包埋深的1.42次方增大。最后，采用验证过的数值模拟方法，再现了三峡工程下岸溪料场宽孔距小抵抗线爆破设计破岩效果，为实际工程岩石爆破块度分析和预报提供参考。     

岩石爆破损伤断裂的细观机理及其力学特性研究

 博士学位论文摘要　通过理论分析与建模、实验室与现场试验、数值模拟计算三个方面, 深入探讨了岩石在爆炸荷载作用下的细观断裂机理及损伤演化规律, 对爆破损伤岩石的力学特性进行了实验研究和分析。在分析研究现有岩石爆破损伤模型和岩石损伤断裂理论的基础上, 提出了用宏观和细观相结合, 用细观损伤断裂力学方法描述和计算了岩石爆破破碎过程, 并将爆破过程分为应力波的动力作用和爆生气体的驱动及准静态应力场作用两个相互连贯, 而作用机理又不尽相同的两个阶段: 第一阶段为爆炸应力波作用下的动态损伤断裂初期效应, 第二阶段为爆生气体的流体驱动和静态压力场作用下的损伤断裂后期效应, 并分别研究了该两阶段岩石在爆炸载荷作用下的微裂纹扩展和损伤演化规律以及岩石爆破损伤断裂准则。在应用计算损伤材料有效模量的Taylo r方法基础上, 建立了一个适应范围更广的新的岩石爆破损伤模型; 然后应用细观损伤力学和断裂力学理论, 建立了岩石在爆生气体驱动下的宏观裂纹扩展及在静态压力场作用下的裂纹尖端损伤局部化模型, 从而确定了岩石在爆炸载荷作用下的损伤场, 揭示了岩石爆破损伤断裂的全过程实质。运用超动态应变测试、超声波及电镜对岩石爆破损伤断裂机理和破坏过程进行了实验研究, 模拟了炮孔填塞和无填塞、耦合装药和不耦合装药、不同参数下的爆破过程, 分析了不同爆破条件下岩石内部的微裂纹扩展、损伤演化和岩石破碎规律。结果表明: 爆炸应力波对岩石的破坏作用主要体现在爆破近区, 而在爆破中远区主要产生损伤, 如果没有爆生气体的后期作用, 这种损伤一般不会造成破坏; 而爆生气体是裂纹扩展的主要原因, 特别是在主裂纹的形成和扩展过程中起了十分重要的作用。实验结果验证了所建模型的正确性和合理性。在现场及实验室实验的基础上, 分析研究了爆破对围岩的损伤作用, 建立了岩石弹脆性细观损伤模型; 并认为爆破对围岩的损伤作用体现在对岩石力学性能劣化和岩体完整性降低两方面, 其损伤程度与装药条件、爆破参数及远场应力有密切关系, 加大不耦合装药系数可以明显减弱对围岩的损伤作用;首次提出了爆破损伤岩石基本质量指标的概念, 推导了爆破对岩体基本质量指标BQ 公式的影响系数表达式, 定量地分析了爆破对围岩质量影响与损伤程度, 这对合理选取爆破参数和对围岩、边坡稳定有实用指导价值。以DYNA 22D 程序为基本框架, 采用小损伤条件下的解耦方法, 实现了对岩石爆破过程的数值模型, 计算模拟并对比了填塞和无填塞装药条件下的岩石爆破过程和损伤演化, 数值模拟与实验结果基本一致。     

青藏高原冻土爆破特性的试验研究

结合青藏铁路的建设,进行了一系列球状药包爆破漏斗试验、柱状药包爆破漏斗试验和中深孔爆破开挖试验,得出青藏高原冻土爆破的最佳爆破参数、药包最佳比值深度和漏斗最大比值体积。再与Simpson,Simth和Morgonstern等人的天然冻土爆破试验数据进行综合分析比较。分析了岩石、不同类型的天然冻土和黄土的爆破漏斗形状。最后,研究分析天然冻土爆破特性和冻土物理力学指标的关系,得出当冻土温度变化不大时冻土爆破特性不能用单一的冻土物理力学指标表示,而应该用冻土的密度ρ、纵波速度C、颗粒平均尺寸D50和总含水率w的复合指标ρCW/D50表示。通过研究分析,发现复合指标ρCW/D50的值越大,冻土越难爆。     

微差控制爆破原理与应用(下)

<正> 四、装药结构和起爆顺序合理的装药结构和起爆顺序能最大限度地分散同段齐发爆破装药的空间分布;能使各个药包处于最有利条件下爆破,有效地改善爆岩破碎度和控制爆破有害效应。根据现代爆破理论,深孔中的柱状装药在爆轰时产生的岩石应力波是药柱逐段爆轰     

光面爆破空气垫层装药轴向不耦合系数理论研究

空气垫层装药是岩石光面爆破常采用的一种有效装药结构。预留的空气垫层降低了爆轰波和爆生气体压力，减少了其对孔壁岩石的冲击压缩破坏，延长了炮孔中爆生气体的存在时间，提高了爆生气体准静压力作用下岩石光面爆破断裂成缝的质量。根据光面爆破的要求，从理论上探讨了空气垫层装药结构主要参数轴向不耦合系数的计算方法，并以部分岩石为例进行了实例计算。在此基础上将此方法应用于工程实践，取得了良好的光面爆破效果。     

考虑地应力与先爆孔损伤的光面爆破数值模拟

为了研究先爆孔损伤与地应力对不同埋深条件下岩石光面爆破损伤演化规律的影响,首先采用二维数值模拟确定了RHT模型适用于光面爆破的损伤阈值为0.5,然后建立三维模型,采用ANSYS-DYNA隐式-显式序列求解法对模型施加地应力,通过等效刚度折减模拟先爆孔损伤,探究了岩石损伤在空间中的分布规律。结果表明：地应力的存在对深部岩石的爆破损伤有抑制作用,且这种抑制作用会随埋深的增加而愈发明显;先爆孔爆破对岩石造成的损伤对后续光爆孔破岩有促进作用;不同埋深下进行光爆作业时最佳光爆层厚度及光爆孔间距均不一样,当同时考虑先爆孔损伤与地应力影响时,埋深较小时二者取值可适当增加,埋深较大时二者取值应随埋深的增加而相应减小。     

水工岩石高边坡爆破振动安全控制标准的确定研究

 确定合理的岩石高边坡爆破振动安全标准是西南地区水电工程拱坝建基面爆破开挖控制的关键。基于目前广泛采用上层台阶的爆破振动速度阈值作为爆破振动安全标准的现状,分析水电工程岩石高边坡爆破振动安全标准确定的两大依据,其一为上层台阶岩体本身的允许振动速度,其二控制当前爆破梯段保留岩体的损伤深度,建立的上层台阶爆破振动速度阈值;结果表明,现采用的控制标准明显低于边坡自身的爆破损伤允许振动速度,其确定的核心依据是控制当层梯段保留岩体的损伤深度。基于应力波的衰减机制,从理论角度给出岩石高边坡爆破安全标准确定的数学描述,结果表明振动安全标准的确定与坝肩槽允许开挖损伤深度、台阶高度均密切相关,同时由于径向应力与环向应力是爆破损伤区形成的主要原因,爆破安全标准的确定应具有方向性,以水平径向与水平切向的振动速度作为控制标准更为合理。针对岩石高边坡爆破振动安全控制标准的应用,分析上层台阶马道附近的爆破振动特性,结果表明爆破振动存在局部放大的特征;建议并验证岩石高边坡爆破振动测试方法,当采用爆破振动安全标准判别当次爆破开挖的爆破响应时,宜将爆破监测点布置在马道内侧。研究结果期望为岩石高边坡的爆破开挖安全控制提供参考。     

考虑光面爆破周边损伤的参数设计研究

在现有的岩石爆破损伤模型和岩石细观损伤力学的基础上,初步尝试结合岩石强度有侧重点地探讨岩石在爆炸应力波和爆生气体作用下损伤断裂的基本理论,分别以理论手段确定D值,同时引入D值推导出考虑损伤的光爆参数设计理论公式。     

垂直孔爆破诱发地震波的成分构成及演化规律

明确爆破振动中波的成分构成及不同波的作用有助于更好地预测与控制爆破振动。针对一组垂直单孔爆破试验,借助地震学中极化偏振分析的方法,研究垂直孔爆破诱发地震波的成分构成及其演化规律,最后基于试验结果,提出波影响作用分区的概念,并分析各区域主导波的类型。结果表明,爆破振动中各种波的相对量值并非定值,主导波的类型会随波成分的演化发生改变,且某点的优势振动方向也与波的成分构成密切相关。对于垂直孔爆破,P波在近、远区均为重要成分,且其主要作用于水平向的振动;S波仅为近区(r2.3h,r为到炮孔轴线的距离,h为药包的埋深)的主导波,其在远区的作用可忽略;R波逐渐成长发育,于r=5h处发育明显,且在r=(43～45)h后主导竖直向的振动。爆破振动中波成分的演化有其自身特性,地震学中的常规认识并非全适用于爆破振动。     

地形地貌对爆破振动波传播的影响实验研究

爆破振动波在岩土介质中的传播规律主要受岩体介质特性以及装药参数的影响,但在地形起伏较大的情况下,地形地貌对爆破振动波传播具有非常大的影响。结合广东岭澳核电站二期工程爆破负开挖振动监测,分析凹、凸形地貌对爆破振动波的传播影响。分析结果表明:凹形地貌对爆破振动波具有衰减效应,其衰减系数不仅与其宽度和深度有关,还与最大段药量和爆源距有关;凸形地貌不仅对爆破振动波具有放大效应,而且放大效应具有方向性,振动速度垂直向较水平向放大效应明显;凸形地貌对振动波的放大系数随相对高程增大而增大,而随爆源比例距离增大而减小。另外,凸形地貌的放大效应还与岩性、岩石构造和节理发育程度有关。     

基于爆破损伤的岩台保护层开挖爆破参数研究

  摘要：在现有岩石爆破损伤理论的基础上,提出考虑初始损伤的爆破损伤计算模型,推导初始损伤变量和声波波速、弹性模量以及损伤门槛值等参数间的关系式。以溪洛渡水电站主厂房岩台保护层开挖为研究背景,结合岩石爆破损伤理论,分析保护层开挖的爆破损伤效应及其主要影响因素,并导出爆破参数计算公式。对主厂房内分布较广且初始损伤程度不同的2类岩体,分别给出相应的开挖爆破参数。通过现场爆破试验、爆破振动速度测试以及钻孔声波测试,验证爆破参数的合理性以及完善爆破参数设计。研究结果表明：爆破参数设计需要考虑岩体初始损伤的影响。考虑损伤效应后,岩台保护层开挖的炮孔密集系数小于普通光面爆破参数设计值;岩体初始损伤程度较大时,应增加光爆孔的装药不耦合系数和减小炮孔密集系数;岩台开挖爆破影响深度和爆破地震效应均满足安全控制要求,爆破参数设计合理。研究成果可为同类工程提供借鉴。     

中深孔爆破分层装药分层填塞研究

以两个装药层为例阐述中深孔爆破中分层装药分层填塞的基本原理以及炸药单耗对分层装药结构和爆岩块度的影响,并借助爆炸应力波理论和爆生气体膨胀理论分析合理进行分层装药分层填塞对于中深孔控制松动爆破爆炸效果的影响。分层装药分层填塞技术在大窑湾二期工程采场的实际应用表明:进行合理的分层填塞分层装药能够改善装药结构、提高炸药能量利用率、获得理想的破碎块度,同时也表明中深孔爆破中分层填塞应充分考虑各层炸药单耗这一原则应用的合理性。此原则对药包布置、改善能量分布、优化爆破设计、提高爆破质量有一定的指导意义。     

高地应力硐室光面爆破孔间应力相互作用与成缝机制

针对高地应力条件硐室光面爆破，首先采用柱腔激发模型计算光爆孔孔间爆炸应力场，并分析地应力与孔间爆炸应力场的叠加规律；然后，采用验证过的RHT数值模型，模拟单孔、双孔、三孔及地应力条件下爆炸环向拉应力场，并研究径向不耦合系数、孔间距和地应力对光面爆破孔间成缝的影响；最后，给出考虑地应力影响的光面爆破参数选择建议，并成功应用于锦屏二级水电站引水隧洞爆破开挖。研究结果表明：爆炸应力波相互叠加导致光爆孔连线中点附近的爆炸环向拉应力峰值增大，呈现峰状凸起特征，而地应力重分布产生的径向压应力与光爆孔孔间爆炸环向拉应力作用方向相反，会抑制光面爆破孔间成缝和贯穿；受地应力影响，爆生裂缝扩展体现出明显的方向性，更倾向于沿最大主应力方向扩展。因此，对于一般光面爆破设计(孔径42 mm、药径32 mm、光爆层厚度0.6 m)，地应力由20 MPa增大至40 MPa时，光爆孔孔间距应由0.75 m减小至0.60 m，炮孔宜沿最大主应力方向布置，以确保孔间成缝和硐室开挖成型。     

爆破效应对住宅影响的监测鉴定实例

1　概况浙江移动通信拟在千岛湖镇宏山村建造综合楼 ,需对场地上一山体实施爆破。但位于山体西北侧不足 1 0ｍ ,有一建于 1 986年的六层砖混结构住宅楼。为确保该住宅的绝对安全 ,又要发挥爆破的最大效益 ,根据双方协商要求 ,在爆破作业前 ,选择一定的炸药量和有代表性的近距离爆破点模拟试爆 ,以测定爆破产生的地振动烈度。2　方法原理当在某处进行瞬间人工爆破时 ,爆破效应不外乎飞散物和空气冲击波以及地震效应。强大的振动波入射到地下 ,经地层半空间以波的形式向外传播 ,先是体波 ,后是面波 ,引起地层中各质点受迫震动。震动量的大小与…     

土岩微差爆破的振动效应

1基本原理地下爆破和触地爆破引起地面和结构物的振动问题是一个地质环境安全课题,受到人们的关注。在确定爆破振动安全距离时,期望给出一个简单、可靠的预报计算公式,已有规范,采用球状药包齐发爆破的振动公式[1]V=K(QR1/3)α(1)或a=K0(QR1/3)α0(2)式中:V和a分别为爆破引起质点振动的峰值速度(cm/s)和加速度(g或cm/s2);Q为药包重(kg);R为爆源距(m);K和K0为与地质条件、爆破参数有关的常数;α和α0为质点振动的峰值速度或加速度的衰减指数。微差爆破引起的振动效应,除受地质条件影响外,主要与最大段药量、段与段之间的起爆时间间隔(延…     

起爆位置不同对聚能水压光面爆破效果的影响

在隧道爆破工程中,爆破方式及技术的改进对爆破效果有着重要的影响,针对聚能水压光面爆破中起爆位置的不同对爆破效果的影响进行研究,官田隧道为背景,通过现场试验、理论分析、并结合现场施工经验对炮孔中不同起爆位置对爆破效果的影响进行研究,主要得出以下结论:(1)起爆点位置对爆炸应力波的传播及作用方式有着重要影响,起爆位置在炮孔底部时,爆破产生的应力波向孔口方向传播,爆轰波在孔底反射回去,因此更利于应力波的有效利用;(2)水压聚能爆破孔底起爆方式,爆生气体不易泄露,可有效作用于水袋,从而达到"水楔""气楔"效果作用于孔底岩石,从而提高爆破效果,增加炮孔的利用率;(3)孔底起爆方式可以让施工速度大幅提高、节约材料,能有效降低施工成本,缩短工期,说明该理论对工程具有指导意义.     

重复爆炸条件下岩石介质破坏效应试验研究

 为了探索精确制导武器对岩石介质中地下防护工程实施重复打击后的毁伤效应问题,进行重复钻孔爆炸和一次性钻孔爆炸对比试验。试验结果显示：在装药总量相等条件下,二次钻孔爆炸所形成的爆坑直径与一次性钻孔爆炸所形成的爆坑直径近似相等,但爆坑深度和破碎区范围却分别是一次性钻孔爆炸的2倍和1.66倍。量测结果显示：试验中二次钻孔爆炸与一次性钻孔爆炸相同测点处峰值应力相差较大,相同测点处二次钻孔爆炸的峰值应力远高于一次性钻孔爆炸的峰值应力。计算结果显示：一次性钻孔爆炸的应力衰减指数为1.933,应力波传播速度约为4 800 m/s。最后根据应力波传播机制推算得出：在装药总量相等条件下二次钻孔爆炸所需防护层厚度是一次性钻孔爆炸所需防护层厚度的1.07倍。     

煤层深孔聚能爆破控制孔作用机制研究

为研究聚能爆破载荷下控制孔对煤体裂隙扩展规律的影响,通过理论分析与数值模拟,探讨控制孔对爆炸应力波传播特性、爆生主裂隙扩展规律、煤体单元的应力状态及其位移特征的影响。结果表明,聚能爆破过程中压缩应力波在控制孔处的反射迭加作用显著改变了孔壁周围和爆生主裂隙尖端的应力场,主导了爆生主裂隙的定向扩展和孔壁周围环向裂隙的形成;控制孔提供的位移补偿空间及孔壁的曲面特性增强了孔壁及周围煤质点的切向拉伸应力,促进了孔壁周围径向裂隙的发育与扩展;控制孔促使爆生主裂隙定向扩展与控制孔孔壁周围的径向裂隙和环向裂隙相互交织成一个庞大裂隙网。同时,开展煤层深孔聚能爆破现场试验,研究了有、无控制孔对煤层增透效果的影响,试验结果表明,控制孔能够大幅度提高煤层聚能爆破增透效果,前、后期试验有控制孔一侧钻孔内平均瓦斯体积分数增幅分别是无控制孔一侧钻孔内平均瓦斯体积分数增幅的1.78和2.48倍。     

岩石爆破作用的分形研究

应用分形理论，研究了岩石（体）性质对爆炸应力波传播的影响，分析了正交异性岩石（体）内的爆破作用及破裂效果。将岩石（体）内的缺陷（空隙）作为一种损伤，由其分形维数推导出空隙率与爆炸应力波峰值随距离衰减的关系，空隙率作为岩石（体）的一个重要参数，直接影响岩石（体）的力学和变形性质，将这一参数引入爆炸应力波峰值随距离的衰减，较好地体现了岩石（体）力学和变形性质在爆破载荷中的作用。本文还对正交异性岩石（体）两个方向的爆炸应力波衰减进行了比较，给出两个特征方向炮孔合理间距的定量关系，为工程爆破参数设计提供了依据