敞口耦合装药爆炸扩腔数值模拟

利用DYNA-2D有限元程序对敞口条件下岩石中的爆炸扩腔过程进行了模拟,与实际药壶爆破施工的扩腔条件相近,因此对爆破施工有非常重要的指导意义,完全可以用于深孔药壶爆破的优化设计,解决生产中"爆扩药量靠经验,腔体体积难估算"的问题,减少爆扩施工中的盲目性,对药壶爆破法的推广和爆炸扩腔理论完善均有重要的价值.     

菱形楔形混合掏槽爆破的数值模拟研究与应用

为了提高隧道在坚硬岩石条件下深孔爆破的掘进效率,首先提出了菱形楔形混合掏槽技术,计算了掏槽爆破技术参数;然后采用数值模拟研究了混合掏槽的爆破成腔过程及应力波的传播规律,实现了槽腔过程的可视化,并提取了关键部位的有效应力峰值;最后进行了现场应用试验。研究表明:该掏槽方式形成了多级多段掏槽,增加了爆炸应力波对坚硬岩体拉伸压缩破坏的次数,有利于破碎坚硬岩石;菱形掏槽炮孔侧面单元的有效应力峰值上下波动小,能量分布平均,能减弱炮孔过长引起的岩石夹制作用,形成稳定成型的槽腔;经测试,平均炮孔利用率达到了94%,验证了菱形楔形混合掏槽爆破参数的合理性。     

脆性岩石中爆炸扩腔作用的数值模拟及分析

为研究脆性岩石中炸药爆炸后的扩腔过程以及腔壁压力变化特征,运用动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟了脆性岩石中爆炸扩腔的动态扩展过程,并对空腔扩展及扩腔过程中质点的速度、位移和压力的变化规律进行了分析。分析得出以下结论:爆轰完成的时间大约为160~170μs,爆炸扩腔经历的时间大约为1224μs,整个爆生气体的最大压力为1.10 GPa。爆炸最终形成的腔体半径是药包等效半径的6.97倍,爆破空腔的体积约为337.71 cm3。由分析得出此次模拟结果与理论相符。     

深埋硬岩中光面爆破设计优化及经验公式

光面爆破技术是隧道工程中广泛使用的施工技术。将光面爆破简化为平面应变问题,推导了光面爆破炮孔间距、最小抵抗线、不耦合装药系数和线装药密度等参数的计算公式;采用具有特定内插角度的炮孔代替传统的垂直钻孔,推导了内插孔的控制角度,优化了斜眼掏槽光面爆破技术。利用改进的斜眼掏槽光面爆破技术进行了现场试验与施工实践,结果表明:改进方案可以有效提高周边孔的炮孔利用率和光面爆破效果。对5000 mm跨、5500 mm跨、6000 mm跨三种典型断面洞室,对炮孔优化方案进行了现场试验,取得了炮孔装药量、岩体抗压强度、炮孔间距、最小抵抗线等特征参数的现场数据,并对试验数据进行拟合,得到了经验公式,该公式对硬岩中光面爆破参数选择具有参考价值。     

采用压电波动法的水下消能爆破损伤特征试验研究

消能爆破技术已在陆地上取得了良好的效果,但其在水下爆破工程中的作用尚不清楚.为研究消能爆破技术在水下爆破中的损伤控制效果,借助水介质爆炸容器模拟了不同药量的水下消能爆破试验和一组常规对比爆破试验,并采用压电波动法结合信号能量分析对岩体模型进行了爆破损伤检测.结果表明:所有试样某一点的损伤与该点到炮孔的距离成反比;损伤随着药量的增加而增加,试验所用的245 mm×245 mm×300 mm的C30模型在药量为3 g时炮孔部分已基本被完全破坏;采用压电波动法并结合能量分析得出的爆破损伤因子能够真实的反应岩体的损伤情况;在相同药量条件下,采用消能爆破技术的基底部分损伤比常规爆破技术产生的损伤小33％,水下消能爆破技术具有良好的损伤控制效果,模型试验的结果可以为相关的水下爆破损伤控制工程提供参考.     

人工裂隙对爆炸裂纹扩展影响的试验研究

为研究与炮孔不同距离节理裂隙对爆炸裂纹扩展的影响机制,以有机玻璃薄板为介质,加工与炮孔距离为L(20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm)的人工裂隙进行爆炸实验。试验表明:人工裂隙能够有效阻隔爆炸裂纹的扩展;L为20 mm和30 mm时,人工裂隙右端边界能够产生翼裂纹,其起裂角和止裂角度分别为135°和45°,裂纹扩展路径和长度相近;人工裂隙能够有效阻隔爆炸裂纹和模型能够产生爆炸空腔的临界值介于50~60 mm之间。研究结果可为节理岩体控制爆破设计及爆破参数优化等提供理论依据。     

围压作用对爆破裂纹空间形态影响的试验研究

爆破裂纹的空间形态是进行爆破设计的理论依据。地下超深孔爆破炮孔处在围压作用之中,无爆破自由面,此种条件下爆破裂纹空间形态有待进一步的研究。采用4000 kN大型真三轴加载设备和煤矿许用导爆索分别提供围压静载和爆炸动载,并浇筑300 mm×300 mm×300 mm尺寸水泥砂浆立方体试块,采用的等效炸药量均为3 g,围压条件下试块加载的第一、第二、第三主应力分别为8.50 MPa、7.00 MPa、5.75 MPa,对比分析有、无围压两种条件爆破裂纹的空间形态差异。研究发现：围压条件下的爆破裂纹空间形态与拥有爆破自由面条件的爆破裂纹空间形态差异极大,四周拥有爆破自由面条件下试块爆破破碎为碎块,在块度尺寸L<100 mm和100 mm≤L≤200 mm范围内的破碎块度质量分别占试块总质量的30%和70%,其中大尺寸150 mm≤L<200 mm范围内的块度质量占比达到55.32%,但是数量较少,并且都产生于试块表面;围压条件下,在垂直于第二主应力方向产生一个以封孔器为中心对称的宏观破裂面,在试块的其它表面上产生了几条宏观裂纹。试块剖开后,在炮孔壁部产生微裂纹,在预先射孔方向的孔...     

国际爆破和破碎杂志1998年第2卷第3期论文摘要

１节理介质中爆生气体加压及炮孔扩张的不连续模拟（AliMortazavi&P.D.Katsabanis）最新的实验结果表明,高压爆生气体对裂隙的产生、发展,岩石的断裂和后续的破碎及隆起起到关键的作用。本文利用不连续模拟方法对炮孔扩张和爆生气体加压进行了研究。在对不连续变形分析法（DDA分析法）进行修正的基础上提出爆破模型和爆生气体作用模型。炮孔的扩张模型中假设爆生气体处于准静态,炮孔腔内气体压力处处相等。炮孔腔体积由单纯形理论计算,在每一个时刻都用新计算出的值来代替。炮孔腔体积的变化引起的孔内压力的变化可以由状态方程计算…     

采石场开采爆破炮孔的布置优化

采用数值模型与理论计算相结合的方法,对某露天采石场爆破开采作业中的单孔爆破、双孔爆破以及多孔爆破进行研究,并进行了现场试验验证。结果表明:同等TNT当量下,双孔爆破时的有效爆破半径比单孔爆破时大53.04%;双排矩形炮孔爆破时的有效爆破面积比双排三角形炮孔时大3.11%。提出了露天采石场爆破开采时双炮孔布置、多炮孔双排矩形炮孔布置以√     

Experimental study on stemming effect in rock blasting

基于爆破理论和应力波理论,对岩石爆破工程中炮孔堵塞物的作用机理,受力及其在炮孔中运动进行了分析,并推导出了炮孔堵塞长度的理论计算公式。在此基础上对炮孔堵塞及堵塞效应进行了大量现场试验,试验表明了炮孔堵塞的重要性,并得到合理的炮孔堵塞长度为最小抵抗线的0.63~0.88倍,而通过理论计算得到的合理的堵塞长度为最小抵抗线的0.73~0.8倍,表明了理论分析的正确性,可为爆破参数设计提供了理论依据。     

对强岩爆隧道进行分区爆破卸压的设计方法

为了研究强岩爆隧道爆破卸压方案及参数设计方法,基于深部岩体分区破裂化现象及高围压爆破破碎机理,提出分区爆破逐级释压的应力主动控制技术,通过理论计算得出高地应力条件下破裂区半径的计算公式,根据分区破裂半径的统计规律确定应力释放部位,并形成分区爆破卸压参数的系统化设计方法。数值模拟结果表明:隧道开挖轮廓线的岩爆判别系数均有不同程度的减小,岩爆发生的可能性大大降低,应力集中部位向爆破卸压破碎区转移。基于分区破裂化原理对爆破卸压参数设计的系统研究,对高地应力隧道采用爆破卸压防治岩爆的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

灰岩矿爆破开采岩粉成因及其控制研究

为了控制石灰石生产加工过程中岩粉的产生及分析其成因,利用邦德功指数和研磨性分析了石灰岩的主要特性,结合灰岩粉的主要来源,提出了针对性的岩粉控制措施,并通过灰岩矿爆破试验进行了验证。研究结果表明:石灰石相较于其他岩石更易产生岩粉,其主要来自于爆破形成的粉碎区,机械破碎中的矿石整形,钻孔岩屑及软弱夹层;通过优化爆破破碎过程,采用空气间隔不耦合装药、现场混装装药和合理优化爆破参数等方式,可以控制粉碎区大小,使爆破级配更为均匀,从而减少爆破岩粉。     

钻爆法施工中单孔爆破的精细化数值模拟

针对钻爆法施工中常见的炮孔装药结构和围岩条件,建立相应的数值模型,对单孔爆破进行流固耦合的精细化数值模拟。以轴向不耦合系数K_L=1.64的炮孔为例,设其粉碎区和破裂区的形成时间约为100μs和500μs,半径分别为炮孔半径的3.9倍和35倍。当炮孔有效半径(近似粉碎区与破裂区交界处)上径向压力时程的峰值达到296 MPa时,沿着径向呈指数型衰减,其衰减系数α约为-0.87。进一步地,对其余4种不同轴向不耦合系数的炮孔,也展开类似的精细化数值模拟。认为有效半径R_(eq)上的径向压力峰值p_(eq)随不耦合系数K_L的增大呈指数型衰减,并提出了相应的半理论半经验公式。研究结果为进一步确定等效爆破荷载提供了重要依据。     

钻爆法施工中单孔爆破的精细化数值模拟

针对钻爆法施工中常见的炮孔装药结构和围岩条件,建立相应的数值模型,对单孔爆破进行流固耦合的精细化数值模拟。以轴向不耦合系数K_L=1.64的炮孔为例,设其粉碎区和破裂区的形成时间约为100μs和500μs,半径分别为炮孔半径的3.9倍和35倍。当炮孔有效半径(近似粉碎区与破裂区交界处)上径向压力时程的峰值达到296 MPa时,沿着径向呈指数型衰减,其衰减系数α约为-0.87。进一步地,对其余4种不同轴向不耦合系数的炮孔,也展开类似的精细化数值模拟。认为有效半径R_(eq)上的径向压力峰值p_(eq)随不耦合系数K_L的增大呈指数型衰减,并提出了相应的半理论半经验公式。研究结果为进一步确定等效爆破荷载提供了重要依据。     

袁家村铁矿空区治理爆破参数优化及方案验证

为改善袁家村铁矿空区处理大块率较高的现状,采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立三维单孔爆破数值模型,重点研究中深孔内起爆方式对岩石破碎效果的影响。根据模拟结果定性分析岩石破碎腔体形态以及定量分析失效单元数目。模拟结果显示:药柱中心位置起爆时中间破碎范围大于端部,中心位置径向最大破碎区直径约2 m。同时,药柱中心起爆方式拥有最大失效单元数目,共4631个。最终确定最佳起爆方式为药柱中心起爆。以数值模拟结论为基础,依据现场工况设计并实施崩落方案,通过对比爆破前后空区凹陷体积,认为采用药柱中心起爆方式控制下的空区顶板崩落效果较好,是理想的空区爆破处理方式。     

灰岩和白云岩动态压缩力学性能的SHPB实验

为了得到爆破荷载作用下岩石的破坏特性及爆破振动波的传播特性,利用RMT-150C多功能实验机和改进后的ф50mm的分离式Hopkinson压杆装置,分别研究灰岩和白云岩试件的静态力学特性和在5种不同应变率等级下的动态力学性能。实验结果表明,随着平均应变率的增加,灰岩和白云岩试件的动态抗压强度、峰值应变、吸收能、比能量吸收值以及破碎程度都明显增加,表现出显著的应变率效应,而初始弹性模量对应变率的相关性不敏感。从岩石的动态抗压强度和能量吸收两个方面,对比分析灰岩和白云岩动态力学性能的共性和差异性,更合理地解释了岩石在动态冲击荷载下的破坏本质。     

灰岩和白云岩动态压缩力学性能的SHPB实验

为了得到爆破荷载作用下岩石的破坏特性及爆破振动波的传播特性,利用RMT-150C多功能实验机和改进后的ф50mm的分离式Hopkinson压杆装置,分别研究灰岩和白云岩试件的静态力学特性和在5种不同应变率等级下的动态力学性能。实验结果表明,随着平均应变率的增加,灰岩和白云岩试件的动态抗压强度、峰值应变、吸收能、比能量吸收值以及破碎程度都明显增加,表现出显著的应变率效应,而初始弹性模量对应变率的相关性不敏感。从岩石的动态抗压强度和能量吸收两个方面,对比分析灰岩和白云岩动态力学性能的共性和差异性,更合理地解释了岩石在动态冲击荷载下的破坏本质。     

微风化花岗岩多向聚能爆破破岩试验研究

为解决常规装药爆破能量利用率低的问题,设计了一种可以改变能量分配的新型多向聚能管药柱。以某高速公路岩质边坡为对象,通过3组现场爆破试验,获得了多向聚能爆破和常规爆破下微风化花岗岩的裂纹分布、残孔特征以及炸药单耗等参数,对比分析了两种爆破工艺的爆破效果及破岩规律。结果表明:新型多向聚能爆破药柱能在指定方向上产生定向裂纹,增大岩石致裂范围,提高炸药能量在岩石破裂上的分配比例。相比常规爆破,多向聚能爆破炮孔利用率提高了18%,炸药单耗降低了32.5%,岩渣平均块度增大了28%,粉碎区的范围缩小了25.1%,宏观致裂范围扩大了33.3%,证明了多向聚能爆破在破岩效率上要优于常规爆破。     

孔底惰性介质间隔装药爆破实验

为减少岩石大块率和粉碎率,增强爆破效果,采用LS-DYNA数值模拟的方法对连云港核电扩建山体爆破工程爆破碎石的力学过程和能量利用率进行了理论分析,并通过对各模型进入岩石总能量峰值的对比,分析了孔底惰性介质间隔装药对能量利用率的影响趋势,然后依托工程开展全尺寸实验。实验结果表明:孔底适量惰性介质间隔装药可以改善应力波的传播条件,使爆炸能量更均匀、充分地传入岩石中,使岩块的破碎效果得到有效改善;实验工况下,孔底间隔80、100cm空气柱,炸药单耗分别下降11.5%、13.5%;孔底间隔80、100cm水柱,炸药单耗分别下降17.3%、19.2%。     

微风化花岗岩多向聚能爆破破岩试验研究

为解决常规装药爆破能量利用率低的问题,设计了一种可以改变能量分配的新型多向聚能管药柱。以某高速公路岩质边坡为对象,通过3组现场爆破试验,获得了多向聚能爆破和常规爆破下微风化花岗岩的裂纹分布、残孔特征以及炸药单耗等参数,对比分析了两种爆破工艺的爆破效果及破岩规律。结果表明:新型多向聚能爆破药柱能在指定方向上产生定向裂纹,增大岩石致裂范围,提高炸药能量在岩石破裂上的分配比例。相比常规爆破,多向聚能爆破炮孔利用率提高了18%,炸药单耗降低了32.5%,岩渣平均块度增大了28%,粉碎区的范围缩小了25.1%,宏观致裂范围扩大了33.3%,证明了多向聚能爆破在破岩效率上要优于常规爆破。