轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。     

间隔不耦合装药结构形式及特点分析

为了研究炮孔装药的结构形式和应用范围,达到特定爆破效果的目的,通过大量的工程实践和调查研究,归纳总结了间隔装药和不耦合装药的基本分类、功能特点及其适用范围,分析了露天深孔爆破和隧道掘进爆破常用装药结构设计参数的选取原则;讨论了在控制爆破施工过程中,采用不同的装药结构可以改变炸药的爆炸作用方向、能量利用率和爆生气体作用时间,这是控制爆破危害、改善爆破效果的主要技术手段。合理选用、设计优化装药结构在爆破工程应用中具有重要的实际意义。     

光面爆破不耦合装药参数优化的试验研究

为了解决隧道工程中的超、欠挖问题,进行了一系列的爆破参数优化试验,采用固、水、气三相不耦合装药结构,将隧道半孔残留率从优化前的50%～60%提高到优化后的90%以上,有效地提高了围岩的稳定性,比传统的耦合装药和轴向空气不耦合装药技术爆破增效作用明显。同时给出了掏槽孔最佳的装药结构:固、水、气轴向不耦合系数在1.5～2.33之间,周边孔采用空气介质,偏心不耦合系数为2。可为类似工程提供经验借鉴。     

光面爆破不耦合装药参数优化的试验研究

为了解决隧道工程中的超、欠挖问题,进行了一系列的爆破参数优化试验,采用固、水、气三相不耦合装药结构,将隧道半孔残留率从优化前的50%～60%提高到优化后的90%以上,有效地提高了围岩的稳定性,比传统的耦合装药和轴向空气不耦合装药技术爆破增效作用明显。同时给出了掏槽孔最佳的装药结构:固、水、气轴向不耦合系数在1.5～2.33之间,周边孔采用空气介质,偏心不耦合系数为2。可为类似工程提供经验借鉴。     

不耦合偏心装药结构爆破损伤破坏的分形研究

为研究不耦合偏心装药结构的爆后损伤范围与损伤程度,以有机玻璃(PMMA)为实验材料,设计爆破二维模型实验,通过数字图像处理方法,计算炮孔周围不同区域的损伤变量,并基于计盒维数理论,编写MATLAB程序计算不同区域爆生裂纹的分形维数。研究表明:①不耦合偏心装药结构的爆后损伤分布呈现显著的非对称性,损伤变量的数值关系:偏心装药耦合侧中心不耦合装药结构偏心装药不耦合侧。②爆生裂纹分布符合分形规律,分形维数的相对大小与损伤变量具有一致性,分形维数可准确表征爆后介质的损伤破坏。③通过回归分析与线性拟合,得到损伤变量与分形维数之间的幂函数关系,建立了相应的损伤预测模型。     

聚苯乙烯泡沫不耦合装药爆破试验研究

基于EPS泡沫材料的吸能特性,建立实验混凝土模型,将聚苯乙烯(EPS)泡沫与空气作为不耦合介质,利用DH3820高速静态应变测试采集系统采集应变数据,采用G-G-S分布函数分析爆破块度。研究表明:与径向空气不耦合装药结构相比,聚苯乙烯(EPS)泡沫不耦合装药爆破应变峰值更大,破碎块度更为均匀。在区间1.66~1.80内,径向聚苯乙烯(EPS)泡沫不耦合装药存在最优不耦合系数,使得聚苯乙烯泡沫不耦合装药爆破效果最佳。聚苯乙烯(EPS)泡沫作为一种新型介质在现场不耦合装药中具有一定可行性。     

不耦合装药爆炸扩腔机理研究

在大量现场试验的基础上,通过动光弹实验和理论分析,对敞口条件下岩石的爆炸扩腔机理和规律进行了研究.敞口条件下球形偏心不耦合装药爆炸扩腔初始应力场的动光弹研究结果表明:装药结构对围岩中应力波的产生和发展有显著的影响;围岩中的初始应力分布随药包与腔壁间隙的增大而降低;由于药包的偏心作用,围岩中产生的S波较球形耦合装药显著增强;S波的波阵面与爆扩形成的腔体形状有明显的几何相似特性,表明了围岩的破坏主要是S波作用的结果.在对经典敞口爆扩经验公式和现场试验结果进行分析比较的基础上,提出了敞口条件下多次爆扩的剥落扩腔作用机理:认为敞口条件下多次爆扩的腔体扩大是冲击载荷压缩扩腔和二次冲击剥落扩腔共同作用的结果.     

径向不耦合装药爆破效果的数值研究

为了研究径向不耦合条件下爆破效果的影响因素,利用AUTODYN-2D对比不耦合系数、不耦合介质、炸药种类对爆破效果的影响规律。结果表明,与耦合装药相比,径向不耦合装药条件下炮孔压力明显降低。对比水介质和空气介质下的爆破效果可知,水介质不耦合条件下,炸药爆炸能量的传递效率更高。炮孔压力与炸药种类密切相关,TNT产生的炮孔压力最大,但作用时间较短,而ANFO和乳化炸药的作用时间较长。     

径向不耦合装药爆破效果的数值研究

为了研究径向不耦合条件下爆破效果的影响因素,利用AUTODYN-2D对比不耦合系数、不耦合介质、炸药种类对爆破效果的影响规律。结果表明,与耦合装药相比,径向不耦合装药条件下炮孔压力明显降低。对比水介质和空气介质下的爆破效果可知,水介质不耦合条件下,炸药爆炸能量的传递效率更高。炮孔压力与炸药种类密切相关,TNT产生的炮孔压力最大,但作用时间较短,而ANFO和乳化炸药的作用时间较长。     

偏心不耦合装药爆破裂纹扩展实验研究

为了研究偏心不耦合装药结构下爆炸裂纹扩展规律,以有机玻璃板为介质,采用不同装药不耦合系数(分别为1.00、1.29、1.57、1.71、1.86、2.00、2.28)的装药结构进行爆炸实验。实验表明:偏心不耦合装药时炸药爆炸在炮孔周围形成的微裂纹区半径是不均匀的;随着装药不耦合系数的增大,耦合侧和不耦合侧的微裂纹区半径差值是逐渐增大的。在不耦合系数为1.71时,耦合侧最长主裂纹长度、主裂纹总长度、主裂纹平均长度达到最大;同时耦合侧与不耦合侧最长主裂纹长度差值、主裂纹总长度差值及主裂纹平均长度差值也达到最大。该研究为改进和优化偏心不耦合装药结构、降低爆破对围岩损伤破坏具有一定的参考价值。     

水耦合装药不耦合系数对爆破效果的影响研究

为了研究水耦合装药条件下不同不耦合系数对爆破效果的影响,采用透明均匀、直径250 mm、高200 mm的圆柱体PMMA材料作为试件,DDNP炸药用于施加爆破载荷,试验中炸药量固定为40 mg,同时使用水耦合装药结构,通过不同的孔径和装药直径来改变试验的不耦合系数,通过比较爆后试件内部裂纹数量及分布、粉碎区大小等情况来分...     

非对称不耦合装药结构对预裂爆破效果的影响

为降低爆破开挖对保留区岩体的损伤,采用数值模拟的方法,研究不同装药结构对预裂爆破效果的影响,发现相比于中心单药卷和偏心双药卷,偏心单药卷装药结构下的预裂缝成型效果最佳,且其炮孔壁上的爆炸荷载在保留区一侧较小,在开挖区一侧较大,能在降低爆破开挖对保留区岩体损伤的同时将爆炸能量更多的作用于开挖区岩体。基于偏心单药卷装药结构,在综合考虑预裂缝成型效果和保留区岩体损伤程度的情况下,通过数值模拟的方法研究了爆破参数对预裂爆破效果的影响,结果表明:在不耦合系数为1.68,炮孔间距为70 cm的条件下,预裂爆破效果最佳。     

偏心不耦合装药对岩石损伤的试验研究

对露天边坡倾斜孔偏心不耦合装药光面爆破的边坡开挖壁面上按不同区域、不同岩石钻取岩芯,计算岩芯率,分析岩芯切片的微观损伤破坏规律,并在爆破孔旁侧钻孔测试声速并分析其规律.结果表明,偏心不耦合装药爆破引起边坡岩体损伤层厚度均达到1.5 m左右.还计算了水泥砂浆模型孔壁应力和模型侧面应变在孔壁不同方向的应力、应变峰值增大率.结果也表明,炸药紧贴孔壁的应力、应变峰值比其它方向高出5-10倍以上.实验结果为更合理地进行穿爆工作提供依据.     

偏心不耦合装药爆破参数理论分析

在边坡开挖工程中,光面（预裂）爆破常常都采用偏心不耦合装药结构。提出了一种表征偏心不耦合装药爆破时,计算不同点孔壁压力的一个重要参数,即点不耦合系数。在此基础上,计算了孔壁各点压力,分析了偏心装药爆破时合理的点不耦合系数的取值。研究结果对于指导光面爆破参数选取有一定的参考价值。     

外部接触直列不耦合装药爆破法

简介了容器型或薄壁式结构物爆破拆除用的外部接触直列不耦合装药爆破法。该法的实质是用洛阳铲在紧贴结构物外侧的土中掏炮孔 ,采用导爆索串装药卷的直列不耦合装药结构。参照一些经验公式 ,并经试爆 ,确定爆破参数。从受力分析的角度 ,探讨了结构物爆破破碎的机理。通过一个工程实例 ,讨论了这种方法的应用。     

外部接触直列不耦合装药爆破法

简介了容器型或薄壁式结构物爆破拆除用的外部接触直列不耦合装药爆破法。该法的实质是用洛阳铲在紧贴结构物外侧的土中掏炮孔 ,采用导爆索串装药卷的直列不耦合装药结构。参照一些经验公式 ,并经试爆 ,确定爆破参数。从受力分析的角度 ,探讨了结构物爆破破碎的机理。通过一个工程实例 ,讨论了这种方法的应用。     

单孔不耦合装药爆破的岩体损伤分布特征研究

开挖爆破作用下岩体损伤分布特征研究是地下工程围岩加固和边坡支挡防护设计的基础。通过弹性模量定义损伤因子以及对不耦合装药爆破进行损伤分区及其特征描述,应用Taylor提出的有效弹性模量计算方法,分别按照爆炸应力波衰减规律和厚壁圆筒理论建立相应的单孔爆破下损伤分布特征公式,进而叠加得到爆炸应力波与准静态气体共同作用下损伤分布特征公式。援引损伤实验数据分析其可行性和准确性,结果表明:该理论公式与实验数据的相关性较好,准确性较高,可表征爆破损伤分布特征及预估损伤范围;不耦合装药爆破的损伤因子呈幂函数衰减,其衰减速率在K≥K_0时呈逐渐减小的趋势,在KK_0时呈先增大后减小的趋势,同时衰减速率又随着不耦合系数增大而增大;其他条件相同时,爆破损伤范围随着不耦合系数增大而减小;从损伤角度阐明了光面爆破或预裂爆破装药结构采用合适的不耦合系数的必要性。     

偏心不耦合装药爆炸应力场的动光弹研究

利用全息动光弹实验系统对偏心不耦合装药爆炸应力场进行了研究。结果表明：装药结构对围岩中应力波的产生和发展有显著的影响;围岩中初始应力波峰值压力分布随药包与腔壁间隙的增大而降低;由于药包的偏心作用,围岩中产生的B波较球形耦合装药显著增强;S波的波阵面与爆扩形成的腔体形状有明显的几何相似特性,表明了围岩的破坏主要是S波作用的结果。该研究结果对于改进光面爆破装药结构提高光爆效果同样具有一定的借鉴价值。