炮孔间距对切缝药包爆生裂纹扩展规律的影响

为研究炮孔间距对切缝药包爆生裂纹扩展的影响,采用爆破加载数字激光动态焦散线实验系统和数值模拟相结合的方法,对比分析孔间爆生裂纹在不同炮孔间距下的扩展规律。结果表明:随着炮孔间距的增加,孔间爆生主裂纹不再表现为直接贯穿,而是发生偏转呈现"牵手状"分布;爆生主裂纹在扩展过程产生明显波动,且在裂纹相遇区该波动行为更为显著;爆生主裂纹扩展速度、动态应力强度因子的峰值以及裂纹相遇区的应力峰值均取决于炮孔间距,炮孔间距较小时,峰值较大,有利于裂纹的定向扩展。     

高应力状态下穿过层理爆破致裂的动态行为研究

为了研究高应力状态下炮孔穿过层理爆破的裂纹起裂、扩展等动态力学行为,结合动态焦散线方法,采用数字激光动态焦散线实验系统,开展实验室模型实验。结果表明:炮孔穿过层理爆破时,爆生气体能量难以得到有效利用,炮孔周边岩石的破碎效果不甚理想。爆炸应力波对层理端部裂纹的起裂和扩展前期的动力学行为起主导作用,静态应力则对裂纹扩展后期的行为特征产生主要影响。层理走向与静态应力方向之间的夹角对试件的破坏形态和爆生主裂纹的动态应力强度因子、扩展速度等具有明显影响。此外,随着该夹角的增加,爆生主裂纹的扩展时间和沿层理位移均减小,最大偏转角度增大,扩展路径更加曲折。     

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。     

切槽孔爆炸载荷下裂纹扩展行为的实验研究EI北大核心CSCD

为了研究切槽孔爆炸载荷下扩展裂纹和空孔相互作用规律,采用动态焦散线实验系统,分别对单炮孔和双炮孔爆炸载荷下含圆孔缺陷的PMMA材料的爆生裂纹扩展行为进行研究。研究结果表明:(1)单炮孔爆炸载荷下,切槽孔爆生主裂纹扩展轨迹平直,直接与空孔相互贯通,空孔导向效应明显。爆生主裂纹表现为I型模式。(2)双炮孔同时爆破过程中,切槽孔爆生主裂纹由于受空孔和相对扩展裂纹的影响,扩展轨迹较弯曲,空孔处产生的2条翼裂纹分别与爆生主裂纹贯通。(3)P波前缘压应力波与爆生主裂纹相互作用时,爆生主裂纹扩展速度和动态应力强度因子呈现减小变化的趋势。实验研究结果对于岩体定向断裂控制爆破工程实践具有一定的借鉴意义。     

切槽孔爆炸载荷下裂纹扩展行为的实验研究

为了研究切槽孔爆炸载荷下扩展裂纹和空孔相互作用规律,采用动态焦散线实验系统,分别对单炮孔和双炮孔爆炸载荷下含圆孔缺陷的PMMA材料的爆生裂纹扩展行为进行研究。研究结果表明:(1)单炮孔爆炸载荷下,切槽孔爆生主裂纹扩展轨迹平直,直接与空孔相互贯通,空孔导向效应明显。爆生主裂纹表现为I型模式。(2)双炮孔同时爆破过程中,切槽孔爆生主裂纹由于受空孔和相对扩展裂纹的影响,扩展轨迹较弯曲,空孔处产生的2条翼裂纹分别与爆生主裂纹贯通。(3)P波前缘压应力波与爆生主裂纹相互作用时,爆生主裂纹扩展速度和动态应力强度因子呈现减小变化的趋势。实验研究结果对于岩体定向断裂控制爆破工程实践具有一定的借鉴意义。     

聚能药卷的爆炸裂纹定向扩展过程试验研究

应用透射动焦散线试验研究爆炸裂纹定向断裂超动态破坏力学特征。试验结果表明,爆炸主裂纹断口特征为典型的拉伸断裂,爆炸裂纹尖端的动态应力强度因子、裂纹扩展速度、扩展长度的变化趋势几乎相同,爆炸主裂纹主要在60～200μs完成,极限动态应力强度因子很少超过1.5MN/m3/2,爆炸裂纹止裂韧性约为0.3MN/m3/2。聚能药卷具有明显的爆轰波卸载效应和聚能方向爆生气体射流效应,高压爆生气体射流的"气楔效应"是聚能方向压缩径向裂纹进一步扩展的主要驱动力,同时抑制了非聚能方向压缩径向裂纹的发展。双孔点射流聚能药卷、双缝线射流聚能药卷都能实现岩石定向断裂爆破,形成良好的爆破断裂面,多缝线射流聚能药卷适用于高瓦斯煤层增透防突的深孔预裂爆破。     

起爆时差对孔间裂纹扩展影响的动焦散实验研究

为了研究起爆时差对孔间裂纹扩展的影响,采用动态焦散线实验的方法,研究含缺陷介质相邻切槽炮孔被采用同时起爆和微差起爆时孔间爆生裂纹的扩展和贯通机制。研究结果表明:(1)在定向断裂控制爆破过程中,其他参数相同时,同时起爆的爆生裂纹成壁质量比微差起爆的质量好。因此,在岩体的定向开挖工程中,可采用同时起爆的方法来提高定向断裂控制爆破的效果。(2)爆炸应力波中的P波前缘压缩波与爆生运动裂纹相互作用降低了爆生运动裂纹的扩展速度和爆生裂纹尖端应力强度因子的值。实验研究结果对于定向断裂控制爆破工程实践具有一定的借鉴意义和参考价值。     

冲击荷载下岩石裂纹动态扩展全过程演化规律研究

为研究岩石裂纹全过程扩展规律及扩展行为中的定区域止裂问题,提出修正侧开半孔板(improved single cleavage semi-circle specimen,ISCSC)构型构件。通过大直径分离式霍普金森压杆试验系统进行冲击试验,使用裂纹扩展计测试系统测定了裂纹扩展速度,同时引入拉伸断裂软化损伤破坏模型进行数值模拟,通过试验–数值法,深入分析动载荷下岩石裂纹全过程扩展演化行为及双空心孔对于裂纹扩展的影响。结果显示,ISCSC构型实现了裂纹扩展中的定区域止裂,可以精准预测止裂区域;预制双空心孔的构型分布对裂纹扩展行为影响巨大,裂纹扩展速度受到明显抑制;裂纹扩展至双孔中心连线区域时,裂纹尖端拉应力场与双孔形成的叠加应力场相互作用,导致主裂纹扩展速度急剧降低,甚至出现止裂现象;裂纹扩展至叠加场时,极易受到物质不均匀性影响,产生偏折或分叉;同时,数值计算的结果和试验吻合,验证ISCSC构型用于研究裂纹起裂、扩展及止裂全过程演化行为的有效性。     

不同药量的切缝药包双孔爆破裂纹扩展规律试验

 采用数字激光动态焦散线系统,研究有机玻璃板中不同药量的切缝药包双孔爆破主裂纹及分支裂纹的扩展规律。结果表明,切缝药包爆破主裂纹以I型拉伸断裂模式为主,爆破主裂纹难以穿过邻近炮孔的预制裂缝继续扩展;分支裂纹是预制裂缝尖端在爆破应力波衍射拉伸形成应力集中而萌生、起裂,相向分支裂纹分别扩展,最终呈“牵手状”贯通、止裂,分支裂纹贯通后扩展速度及动态应力强度因子急剧降低。对比不同药量模型试验结果发现,小药量炮孔相比大药量炮孔的爆破主裂纹、分支裂纹扩展速度及动态应力强度因子均较小,分支裂纹起裂时间较迟,且稳定扩展时间、扩展长度也较短,延长了分支裂纹贯通时间。相同药量两炮孔爆破主裂纹及分支裂纹断裂力学特征量近似相等,单炮孔的分支裂纹不贯通。试验研究为分析爆破裂纹扩展物理过程提供了参考。     

初始静态压应力场中爆生裂纹的扩展行为

深部岩体爆破致裂是初始静态应力场和爆炸动态载荷双重叠加作用结果,爆生裂纹的扩展路径、行为特征等受初始静态应力场的影响。采用数字激光焦散线试验系统,进行了静态竖向载荷分别为0,2,4 MPa 3种不同初始压应力作用下的倾斜爆生裂纹扩展规律试验,对比分析了裂纹的运动学和力学行为。试验结果表明:随着初始压应力p的增大,爆生主裂纹的扩展方向逐渐向主应力方向偏转,且爆生主裂纹的扩展总时间逐渐减小,试件的Ⅱ型破坏愈加显著;随着初始压应力p的增大,爆生主裂纹的最大偏转角度也明显随之增大,初始压应力p是爆生主裂纹产生垂直预制裂纹方向速度的动因。研究结果揭示了爆生裂纹扩展行为与初始静态应力场的关系,丰富了深部岩体爆破破坏理论。     

基础工程中“预裂爆破”应用简介

预裂爆破是一种控制爆破法,这种爆破法是沿预裂面(即设计轮廓线)钻一排较为密集的炮孔,在这些炮孔或部分炮孔内进行少量装药,并均匀分配药量,在主爆破未爆前先行起爆,便沿预裂面产生一条相当于炮孔深度的裂缝,而后再进行中心部分的主爆破。预裂爆破的原理是:当两个炮孔同时起爆时,应力波在炮孔之间相互作用,使炮孔间的岩石承受拉应力而造成破裂,于是在炮孔间形成断裂区。如果炮孔间距和装药量合     

含缺陷PMMA介质的定向断裂控制爆破试验研究

 以PMMA为试验材料,采用新型数字激光动态焦散线方法试验系统,从试验角度将裂纹缺陷和空孔缺陷纳入同一研究体系,进一步研究缺陷对定向断裂控制爆破裂纹扩展的影响。结果表明,缺陷形态对爆生主裂纹扩展长度的影响并不明显。爆生主裂纹的扩展分为2个阶段,I阶段(0～120 μs)：爆生主裂纹的扩展速度和尖端动态应力强度因子均迅速减小;II阶段(120 μs～止裂)：从缺陷处反射的应力波对裂纹尖端的作用效应逐渐明显,加强了裂纹尖端的能量积聚和应力集中,使得速度和动态应力强度因子均有较大程度的跃升;随着试件缺陷两侧曲率的增加,II阶段的爆生主裂纹速度峰值和动态应力强度因子峰值均逐渐减小。     

孔洞对爆生裂纹动态扩展行为影响研究

试验研究含有预制裂纹的砂岩圆板在爆炸荷载下不同孔洞间距(S)对裂纹动态扩展行为的影响。试验中采用应变片测试获取爆炸加载波形作为AUTODYN数值模拟裂纹扩展效果及ABAQUS数值计算应力强度因子的加载力。试验中采用CPG测得裂纹起裂—扩展时刻,根据测得试验数据得出普适函数,对ABAQUS计算所得应力强度因子进行修正最终得到裂纹动态极限应力强度因子。通过对比分析在不同孔间距下裂纹的动态极限应力强度因子,裂纹扩展长度及裂纹扩展速度得出以下述结论:(1)孔洞对爆炸荷载下的预制裂纹动态扩展行为有所影响,且孔洞间距越小其影响效果越显著;(2)一般情况下裂纹的起裂极限应力强度因子要略高于扩展极限应力强度因子,裂纹的扩展速度对裂纹扩展极限应力强度因子有一定影响,且二者总体趋势呈反比;(3)当裂纹扩展至孔洞附近时,由于孔洞的作用提高了裂纹的扩展极限应力强度因子,进而降低了裂纹的扩展速度并减小了裂纹的扩展长度。此外若将孔洞视为隧道光面爆破中的辅助孔或周边孔,那么研究结论可为隧道光面爆破中控制断面内的原生裂纹扩展长度,以期达到隧道围岩最大程度上的完整性提供理论支撑。     

爆炸作用下隧道拱肩Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹起裂及扩展规律研究

为了分析隧道拱肩Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹在爆炸荷载下的起裂及扩展规律,采用带有拱肩裂纹的岩石隧道模型(rock tunnel modelwith a spandrelcrack,RTMSC)进行了爆炸试验。试验中采用裂纹扩展计(crack propagation gauge,CPG)及应变片测试裂纹的起裂、扩展及止裂规律。数值模拟采用AUTODYN软件。裂纹尖端的动态应力强度因子k_Ⅰ~d(t)和k_Ⅱ~d(t)(SIFs)的计算采用ABAQUS软件。结果表明:(1)裂纹在扩展过程中,在扩展路径上出现了拐点,同时在拐点处存在较为明显的"止裂"现象。(2)炮孔位置显著影响裂纹的起裂、止裂和扩展。(3)裂纹扩展过程中,动态能量释放率不是一个常数。(4)随着裂纹扩展速度的增加,Ⅰ型和Ⅱ型临界SIFs逐渐减小。     

切缝药包不耦合装药爆破爆生裂纹动态断裂效应的试验研究

 利用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统,对不同装药结构爆破爆生裂纹动态断裂效应进行分析,研究切缝药包的定向断裂控制爆破机制,比较爆生主裂纹和次裂纹动态能量释放率的差异。结果表明：不耦合系数?1= 1.67时,切缝药包爆破效果最理想;爆生主裂纹的扩展速度、动态应力强度因子随时间总体呈振荡下降的趋势,在扩展过程的中后期达到一个较小的峰值;橡皮泥介质作为炸药爆炸产物与炮孔壁间的缓冲层,传能效果良好;次裂纹尖端的动态能量释放率数值整体上小于2条主裂纹。     

爆炸动载荷下裂纹扩展规律的实验研究

 为研究在爆炸动载荷作用下岩石内裂纹的起裂及扩展规律,应用PMMA材料制作带裂纹平板试样,在距离裂纹尖端60 mm的圆周上设置与裂纹成不同角度的炮孔,然后引爆雷管来实验研究裂纹的动态起裂及其扩展规律,系统地研究爆炸应力波入射角对裂纹起裂角和扩展角的影响规律。实验结果表明,入射角为0°时,起裂角为0°,即裂纹沿原裂纹面扩展;当入射角大于15°而小于75°时,在裂纹的两端会产生翼型裂纹,其翼型裂纹的起裂角及扩展长度都与入射角有关;当入射角大于75°时,新生裂纹很小。     

装药不耦合系数对爆破裂纹控制的试验研究

在控制爆破中，为使炮孔周围产生的较密集的径向裂纹减少，使需要扩展的裂纹得到充分扩展，主要措施就是降低爆炸应力波作用，增加爆生气体的作用时间，即采取不耦合装药，本文从理论上分析装药不耦合系数Kd与爆破作用的关系，并在实验室和现场进行了部分试验，得出了不耦合系数为1．67时的爆破裂纹长度最长的结论。同时，随着不耦合系数的增加，裂纹数目也不断减少。     

岩石炮孔预切槽爆破断裂成缝机理研究

应用岩石断裂力学理论和爆生气体膨胀准静压理论，建立了岩石中炮孔不偶合装药孔壁预切槽爆破时的脆性断裂力学模型，分析了裂缝的扩展规律，包括起裂、止裂条件、起裂方向、扩展长度和裂缝扩展过程中的速度变化等。此外，本文还就炮孔预切槽爆破时的动态效应进行了初步探讨。     

高速公路隧道掘进水封爆破技术试验研究

高速公路隧道掘进中,会产生大量的粉尘和有害气体,对施工人员的身体健康会造成较大的伤害。采用了水袋子进行爆孔堵塞的试验,利用水袋子瞬间爆炸产生的水雾,稀释爆破掘进中的粉尘和有害气体。试验中采用炮孔端部、底部加端部、以及中间加端部等三种不同位置放置水袋子,结果表明加放水袋子的爆破,粉尘和有害气体含量明显减少,炮孔中间加端部加放水袋子的装药结构效果最为明显。粉尘量减少30%~35%,炮孔利用率提高4%~9%,表明该技术有较大的社会意义和推广应用价值。     

岩体单孔及群孔齐发爆破爆炸荷载数值分析

采用广东岭澳核电站现场岩体的力学特性和基岩爆破参数,利用高能炸药的状态方程模拟岩石乳化炸药的爆炸过程,并假定岩石在爆炸产生的高应变率和高压环境下符合率相关的弹塑性本构关系,由此利用显式动力分析方法模拟单孔柱状装药和群孔齐发爆破柱状装药情况下的岩体爆炸应力波的传播过程,分析岩体爆炸粉碎区边界峰值应力的变化情况和衰减特征,并与相关理论公式进行比较,得到单孔和群孔齐发爆破情况下岩体爆炸荷载随装药量的变化规律。研究结果表明,爆源近区岩体爆炸冲击波压力急剧衰减;岩体爆炸峰值应力随装药量增加而增加;拉应力随药量的增长幅度远比压应力小;单孔药量的变化对岩体爆炸荷载的影响大于最大段药量的影响。工程实践中采用多爆孔小药量的爆破方式能有效减小岩体动态响应。