岩石高边坡开挖爆破动力损伤的数值仿真

 实现高边坡爆破开挖损伤区的数值仿真对研究保留岩体的损伤控制有重要意义。基于采用经典爆破损伤模型表达拉伸损伤的方法,引入对压缩损伤的考虑,同时,修正岩体宏观弹性参数的确定方法,建立自定义拉压损伤定量计算模型,详细推导其建立的数学过程,并采用LS-DYNA用户自定义接口将其成功导入LS-DYNA。采用该模型对溪洛渡高边坡640 m高程马道下边坡保留岩体的爆破开挖损伤效应进行数值仿真,通过岩体声波测试得到的实测损伤区,验证模型的有效性。选取目前应用较为广泛的爆破损伤模型进行对比计算,计算结果表明：拉压损伤模型的计算值与损伤区实测结果有较好的一致性,且与常用的爆破损伤模型相比,拉压损伤模型的精确性略有提高。     

岩石高边坡爆破开挖安全评价分析

岩石高边坡开挖过程中最主要的方法是爆破技术,在开挖过程中,由于爆炸和气体之间的联合作用,在完成岩石爆破的同时,也会在一定程度上给岩石高边坡的稳定性和岩体的动力带来损伤。针对这一系列问题,本文将通过以下几部分对岩石高边坡爆破开挖的安全性进行简要分析。     

广东岭澳核电站爆破开挖岩体损伤特征研究

为控制爆炸荷载作用下岩体的损伤范围,在岭澳核电站二期工程现场进行了爆前、爆后岩体声波测试,得到岩体的损伤范围。以此为基础,根据爆炸荷载作用下岩体损伤发展规律,基于概率形式定义损伤变量,利用有限元程序LS-DYNA和有限差分程序FLAC3D相结合的方法,对现场基岩爆破产生的岩体损伤范围进行数值模拟,并与现场岩体声波实验结果进行比较,确定爆炸荷载作用下岩体损伤门槛值Dcri=0.2,由此得到了岩体损伤范围随装药量的变化规律。结论认为,在柱状装药情况下,岩体损伤范围随装药量的增大而增大;爆炸荷载作用下的岩体损伤区深度小于损伤区半径,二者比例约为1∶3。     

爆破损伤对岩体力学性能的弱化效应

爆破施工不可避免地会造成近场岩体损伤,影响工程安全。为探究爆破损伤的弱化效应,基于扰动因子D,评价爆破损伤对岩体力学性质及稳定性的影响。以纵波波速表征D的空间分布规律,计算损伤区岩体力学性质空间劣化情况,探讨D值的分布规律对岩体安全系数的影响。结果表明,损伤影响范围内岩质边坡力学参数随深度劣化明显;采用D渐变弱化的方式,能较好的反映爆破损伤对边坡稳定的实际影响。     

节理粗糙度影响下岩体开挖损伤区分布规律

基于Barton-Bandis抗剪强度模型和现场实测的节理粗糙度系数分布模型,采用UDEC程序中的离散裂隙网络模型研究了节理表面粗糙度对裂隙岩体中圆形隧洞开挖损伤区形状和范围的影响,比较了在存在规则裂隙和复杂裂隙岩体中开挖损伤区的异同。节理粗糙度采用能够反映现场实测裂隙粗糙度系数统计结果的正态分布参数,并采用了不同标准差进行对比。结果表明:裂隙岩体隧洞开挖损伤区范围会随着JRC的增大而明显减小;JRC的增大会减小围岩的变形;在JRC符合正态分布的条件下,损伤区范围会随JRC分布标准差的增加而略有增加;复杂裂隙会扩大隧洞周围损伤区,损伤区分布范围也随着JRC标准差的增大而变得不规则。     

核电站基岩爆破开挖损伤区研究

根据岭澳核电站二期工程基岩爆破现场进行的4组声波试验，并基于爆前爆后声波波速变化率确定的损伤门槛值得到了各次爆破岩体的损伤范围。研究结果表明，周围岩体在爆孔的装药区段深度范围内，损伤程度最大，而近地面和爆孔底部以下的岩体损伤则较小：距爆区越近，岩体损伤变量越大，爆孔底部以下的损伤深度也越大；爆破作用下岩体的损伤深度要小于水平方向的损伤范围，其比例大约为1：3；岩体的损伤范围随单孔药量增大的趋势咀显。     

基于爆破振动监测的岩石边坡开挖损伤区预测

 通过对白鹤滩水电站左岸834.0～770.0 m高程坝肩槽边坡爆破开挖振动监测和爆破损伤的声波检测,分析第一～六梯段的振动衰减规律,并通过回归分析建立不同爆心距处质点峰值振动速度与损伤深度的关系,并利用此关系和爆破振动监测结果对第七梯段的损伤深度进行预测。结果表明,当边坡岩性较为均一,且坡体上无较大结构面发育时,在一定距离处边坡预裂爆破振动峰值与保留岩体的损伤深度之间的相关性良好;采用预裂爆破振动衰减规律与保留岩体损伤深度之间的关系预测下一梯段损伤范围的方法简便可行,可大大降低大面积边坡损伤声波检测的工程量。考虑到地质条件、开挖造成的地貌改变等因素,为进一步提高预测精度,需要增加其它因素作为回归要素,或者增加部分关键部位的声波检测,对预测结果进行修正补充。     

爆破损伤岩石力学特性的试验研究

在不同的爆破条件下,在大理岩中进行了模拟爆破实验。在对爆破损伤岩石的力学特性进行实验研究的基础上,得到了在不同爆点距离和爆破条件下,爆破对岩石损伤作用的一些规律,并应用岩石弹脆性细观损伤模型,对爆破损伤岩石的细观裂纹扩展规律及其损伤特性进行了分析。     

不同开挖方式下岩石高边坡损伤演化过程比较

 不同岩石高边坡开挖方式对保留岩体的损伤范围有重要影响。基于LS-DYNA二次开发的累积损伤仿真技术,对光面爆破和预裂爆破2种不同爆破方式下的开挖损伤全过程进行数值仿真。计算结果表明,光面爆破开挖方式下爆破损伤具有明显的累积特征,其中,主爆孔产生的累积损伤最严重,光面爆破次之,缓冲爆破最小。预裂开挖方案中,保留岩体几乎仅受到预裂孔的损伤作用,但预裂孔本身的损伤大于光爆孔。对比2种开挖方式下最终保留岩体的损伤分布特征：光面爆破开挖方式下,保留岩体中沿轮廓面分布较小范围的高程度损伤区以及中下部分布较大范围中等程度损伤区;预裂开挖方式下,保留岩体仅存在范围相对较大的沿轮廓面分布的高程度损伤区。     

岩质高边坡岩体力学参数确定及稳定性探讨

文中结合实例,对岩体力学参数的确定进行探讨,深度剖析边坡稳定性,为后续施工方案调整提供参考依据.     

临近建筑岩质高边坡数码雷管爆破开挖参数设计研究

依托河百高速K41+016～K41+273段路基硬岩质高边坡,开展了数码雷管边坡开挖爆破施工。针对边坡开挖量大,且距离民房和道路较近的特点,进行了爆破参数设计。爆破开挖施工的现场监测表明,爆破振动设计参数合理,测得的最大爆破振动速度为0.87cm·s^-1,远小于2cm·s^-1的控制标准,该项目的设计和施工对于类似工程的数码雷管爆破设计具有借鉴意义。     

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。     

岩石高边坡光面爆破效果探究

在制定的对策措施实施后,严格按照爆破设计钻孔、装药,光面爆破效果明显改善,质量意识提升明显,有效减少了爆破工作面的后续处理时间,加快后续工序的衔接;节约开挖费用;为混凝土喷护节约了时间,同时也减少了C20喷护混凝土的方量。     

脆性岩体开挖损伤区范围与影响因素研究

在脆性岩体地下工程开挖损伤区中,由应力导致的围岩损伤破裂占据主要地位。基于地下洞室开挖破坏数据库,修正了Kaiser等人提出的预测硬岩损伤区深度的经验公式,通过考虑原位应力比的影响,修正后的经验公式在拟合优度和预测准确性方面均有了一定程度的改善。为进一步研究开挖损伤区的范围及影响因素,提出了起裂判据CIC作为损伤区的力学表征指标,经对比验证,采用CIC判别的损伤区深度与经验公式预测值及现场实测值较为吻合,表明CIC作为损伤区表征指标具有较好的可行性;在CIC基础上,分析了洞室形状、方位对围岩诱发应力和损伤区范围的影响,研究表明,在高地应力场条件下,"谐洞"并不是最合理的洞形,而通过在小主应力方向上设置小曲率半径,可将高压缩应力限制在局部范围内,从而避免洞室围岩大范围的损伤破裂。相关认识和结论具有一定理论和工程意义。     

花岗岩岩石力学参数与岩体赋存深度关系的研究

以实际采集的深部岩体试样的岩石力学实验为基础，探讨了花岗岩岩石力学参数随深度变化的基本规律，提出了花岗岩岩石的弹性模量E，抗压强度σC，抗拉强度σt均随岩体赋存深度的增大而增大的观点，给出了花岗岩岩石的弹性模量E，抗压强度σC，抗拉强度σt随岩体赋存深度的增大而增大的数学模型。     

三峡工程永久船闸高边坡岩体力学特性研究

针对三峡工程永久船闸高边坡的特点，提出了随国坡开挖形成边坡岩体的质量指标，变形模量，强度等的劣很 估算方法。指出了通常人们研究岩石边坡时，采用不变的岩体参数进行数值分析，工程设计等，是不能反映这种情况的。     

岩体工程与岩体力学仿真分析——各向异性开挖卸荷岩体力学研究

概述了岩体工程与岩体力学研究现状 ,讨论了现理论研究成果与岩体工程实际监测资料不相吻合的问题。分析其主要原因 ,是现岩体力学研究理论模型与岩体工程实际力学模型不相吻合所致。故应严格根据岩体工程实际力学动态相应进行岩体力学仿真分析 ,方可得到正确的分析成果。笔者曾提出“卸荷岩体力学”的概念 ,以归纳开挖卸荷岩体力学研究内容 ,已经高边坡和地下工程实例所验证 ,开挖卸荷岩体力学研究是岩体工程及其力学仿真分析的重要组成部分。     

深埋隧洞爆破开挖损伤区检测及特性研究

 通过对锦屏二级辅助洞爆破开挖损伤区的检测和数值计算,比较岩体开挖动态过程(包括爆炸荷载和地应力高速释放)及静态过程(地应力重分布)所分别造成的损伤,探明地应力瞬态释放诱发岩体损伤的机制。检测结果表明,地应力的存在对深埋隧洞爆破开挖损伤区具有较大影响。隧洞轴线垂直于最大主应力时的钻爆开挖损伤明显要大于轴线平行于最大主应力时的情况;可以将开挖损伤区分为内损伤区和外损伤区,其中前者主要由爆炸荷载和地应力高速释放二者耦合作用引起,其主要特征是岩体声波速度显著降低;后者主要由应力重分布引起,特征是岩体声波速度缓慢降低。另外,辅助洞实测的岩体内损伤区深度显著大于外损伤区深度,且内损伤区在断面上的分布特性受到开挖二次应力场的影响,表明伴随爆破过程发生的地应力瞬态卸载效应是内损伤区形成的直接原因之一,声波检测检测和数值模拟计算均也证明了这一点。     

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。