爆炸荷载下露天矿高陡边坡动力响应分析

为研究矿山高陡边坡在爆炸荷载作用下的动力响应规律,采用LS-DYNA软件,对威斯特铜矿的采场边坡进行完全动力有限元计算。对比分析了数值模拟和现场实测环境下爆炸应力波的传播规律,两者结果相接近。同时,通过对各台阶爆破振动速度的统计分析可知,随着台阶高程的增加,在台阶坡顶、台阶边缘至台阶内侧坡脚的1/3至1/2距离处容易产生高程放大效应。另外,利用极限平衡法原理,结合数值模拟计算结果,计算了在炸药起爆后400ms内边坡的时程安全系数,直观描述了爆破动力荷载对边坡稳定性的影响。     

中部空气间隔装药结构不耦合状态光面爆破效果研究

分析了5种中部空气间隔装药不耦合状态的光爆效果,运用ANSYS/LS-DYNA软件针对5种不同的不耦合系数分别建立了5种不同空气柱长度的数值模型,比较相邻周边孔1/2孔距及孔壁所选单元的有效应力时程曲线及有效应力峰值随不耦合系数变化的规律,结果表明,有效应力随轴向不耦合系数增大而减小。从减小炸药段附近单元有效应力以及保证空气柱中部裂缝贯通的角度出发,于本文模型的地质条件下较优的轴向不耦合系数为3.5~4.5。     

基于边坡稳定性时程分析的露天台阶爆破延期时间的确定

露天台阶爆破合理延期时间的选取具有降低炸药单耗、减小爆破振动、增加岩石破碎范围、改善爆破质量及提高经济效益等优势。基于此,提出了基于边坡稳定性时程分析的露天台阶延期时间的确定方法并进行工程实例验证。     

空气间隔装药孔壁初始冲击压力分析

为分析空气间隔装药时孔壁的初始冲击压力,引入Starfield迭加法,将柱状药包等效为有限个单元球形药包,考虑压力沿炮孔轴向的衰减及叠加作用,分析得到上部空气间隔装药及中部空气间隔装药条件下的孔壁初始冲击压力计算表达式。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立数值模型,对监测点进行应力监测;同时,浇筑混凝土模型,并借助高速多路动态应力测试系统测量炮孔周围爆炸应力场,将2种方式的监测结果与理论分析结果相比较。结果显示:上部空气间隔装药,装药段处压力达到最大,随着与装药段距离的增大,压力明显呈先急剧减小、后趋于稳定的趋势;中部空气间隔装药,压力最小值出现在空气柱约1/2处,整体呈两端大、中间小的下凹型分布特征。在2种装药结构下,空气柱中指定点初始冲击压力的理论值与模拟值相对误差均较小。上述结果充分表明:空气间隔装药孔内压力沿炮孔轴向呈不均匀分布,2种装药结构压力分布特征与理论分析结果基本吻合,验证了理论分析的合理性。     

基于LS-DYNA模拟的准直眼掏槽爆破技术研究

为了选出较好的爆破效果方案,有效提高巷道掘进速度,利用有限元分析软件对准直眼掏槽爆破技术进行数值模拟。通过控制药量多少和有无中心孔,对槽腔内和自由面上的有效应力比较得到:有中心孔和增大药量均可提高爆破有效应力;依据此装药结构和爆破工艺条件,炮孔中存在一个距孔底约1.25m高度的影响爆炸有效应力分布的高度阈值;两楔形孔连线上越靠近孔口连线中点,自由面上有效应力越来越小,与双孔爆破应力叠加理论模型分析给出的结论吻合。据炮孔底部有效应力等值线分布得到,准直眼掏槽更加适用于岩石硬度较大、炮孔深度较深的掏槽爆破。     

复式楔形+中心孔掏槽在隧道掘进中的试验研究

为解决班界隧道爆破效果差、循环进尺小、无法满足工期要求的问题,在原复式楔形掏槽方式的基础上增加中心孔,形成"复式楔形+中心孔"的掏槽方式,同时适当增加炮孔深度。经现场试验表明,炮孔利用率由83%提高至90.5%,循环进尺由3.33m提高至4.26m,炸药单耗由0.983降至0.889,爆破破碎岩块块度较小且更均匀,爆破效果和经济效益良好。     

基于ALE算法的隧道光面爆破空气间隔作用机理研究

以云南省某铁路隧道为工程背景,采用ALE算法对光面爆破空气间隔装药进行了数值模拟,为ALE算法在爆破工程领域,特别是地下隧道爆破工程领域方面的数值模拟提供了参考。同时,比较了传统连续装药条件下与空气间隔装药条件下不同时刻的最大主应力云图。结果表明,空气间隔层在光面爆破过程中可以降低炮孔壁上的初始应力、延长爆炸作用时间、增强爆炸应力波在孔心线上的导向作用、减弱爆炸应力对保护岩层的损伤效应作用。     

运用量纲分析方法探究振速衰减规律

针对研究现状中振速衰减公式形式不一,及其中的多数衰减公式都是基于假设水平距离和高程效应函数形式条件下的结果,指出运用量纲分析方法较为简便快捷并认为假设函数形式的做法并不合理。基于此,运用量纲分析方法得到同时考虑水平距离和高程效应的振速衰减的一般规律,对数值模拟数据分别进行水平距离对振速的影响分析、高程效应对振速的影响分析以及对两者综合效应的影响分析,并运用多元线性回归分析方法得到模拟原型——青海威斯特矿区振速衰减公式。结果表明,高程效应对振速的影响呈伪线性,水平距离和高程影响的函数形式均应采用幂函数型;拟合所得振速衰减公式基本能反映该模型的振速递减规律。     

“空孔效应”对光面爆破效果的影响分析

采用半理论半数值模拟的方法分析了"空孔效应"对光面爆破效果的影响。理论方面,分析比较了普通光面爆破和带空孔的光面爆破两种方式下岩石中的应力场。数值模拟方面,以云南省某铁路隧道为工程背景,建立了两种方式下的三维数值模型,并进行了炮孔周围应力云图分析及相邻炮孔孔心连线1/2处位置单元破坏情况判断。分析结果表明:"空孔效应"使得炮孔附近的应力增大,且切向拉应力的极大值出现在孔心连线方向,有利于该部分岩石的拉开、脱离和抛掷。另外,在"空孔效应"作用下的拉伸破坏范围要明显大于普通光面爆破的拉伸破坏范围,有利于平滑轮廓面的形成。