爆破参数对预裂爆破裂纹扩展规律研究

预裂爆破是一种控制爆破,为保证预裂爆破的良好效果,需要对岩石裂纹扩展情况进行研究。通过数值模拟的方法,对孔距和不耦合系数等爆破参数对岩石双孔爆破裂纹扩展规律进行研究。研究发现：随着不耦合系数的增加,主裂隙的平均长度先增大后减小,孔壁所承受的冲击压力显著减小;双孔连线中点处的拉伸应力随孔间距的增大而降低。但是随着不耦合系数及孔距增大,双孔裂纹难以贯通,不能够达到预期的预裂效果。合理确定不耦合系数以及孔距,这对矿山爆破严格控制装药量,科学布置炮孔等采取合理的爆破参数精确的控制爆破效果具有重大意义。     

岩石爆破损伤及数值模拟

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,有杉计算有效弹性模量的Ｔａｙｌｏｒ方法建立了一个新的岩石爆破损伤模型,提出了岩石在爆炸应力波作用下的损伤断裂准则,以ＤＹＮＡ２Ｄ程序为基本框架,采用小损伤条件下的解耦方法,对大理岩在填塞和不填塞装药条件下的损伤历程进行了数值模拟。     

地应力对岩体爆破影响的数值模拟

将无限大岩体内柱状药包爆破简化为平面应变问题,基于双线性随动硬化屈服理论,采用ANSYS/ LS-DYNA对爆破过程进行模拟,研究垂直炮孔方向的双向地应力场对裂纹扩展规律的影响。模拟结果表明：双向等压下,裂纹区形状为圆形,其面积随地应力增大而非线性减小,但裂纹密度增大,给出了裂纹区面积与压应力之间的定量关系;而双向不等压情况下,裂纹区形状为近似椭圆形,长轴出现在较大压应力作用方向,短轴出现在较小压应力作用方向,在较小压应力不变的情况下,随着较大压应力增大,长轴先增大后减小,短轴减小,裂纹区面积先增加后减小,呈非单调变化。     

地应力下岩石多孔爆破损伤演化数值模拟

为研究地应力作用下岩石多孔爆破裂纹扩展机理,基于LS-DYNA软件,讨论不同地应力下岩石孔间裂纹扩展与演化过程。结果表明：在各向同性地应力作用下,岩石爆生裂纹的扩展与演化会受到抑制,且抑制作用随地应力水平的提高而增强。裂纹的分布形态呈现各向同性的特征,各向同性地应力仅影响爆生裂纹的发育长度,主裂纹的扩展方向保持不变。在各向异性地应力作用下,爆生裂纹倾向于沿最大主应力方向演化。当岩体开挖方向与最大主应力方向一致时,地应力的抑制作用有利于保护预留岩体不受损伤。减小孔间距、孔内放置水袋和采用高爆速、高爆压的炸药均有利于实现高地应力作用下的孔间裂纹贯穿。水作为耦合介质所占比例从0提高到66%时,压碎区范围扩大了62%,裂纹数量增多;从66%提高到100%时,压碎区范围、裂纹数量无明显变化。其中,后两种方法有利于提高爆破致裂的效果,孔间裂隙发育更完全。     

堵塞长度对台阶爆破作用影响的数值模拟

采用三维有限元数值分析法,通过对建立三维有限元计算模型,分析堵塞长度对堵塞有效应力场的影响,研究表明,深孔台阶爆破有效应力场呈近似椭球状分布,炮孔两端具有明显的部效应;台阶爆破堵塞区有效应力场随堵塞长度的增加呈指数规律衰减,在本的计算中,最佳堵塞长度与抵抗线的比值为0．9－1．0;无堵塞爆破对炮孔底部应力场影响较小,但对于台阶主部岩体中的应力场影响较大;在相同条件下无堵塞爆破堵塞区中有效应力减少约60％。     

岩石爆破损伤的数值模拟

运用损伤力学研究了爆破区周边岩体的松裂机制,建立了损伤发展方程与本构模型;并运用该模型对１ｍ直径的基坑开挖进行了数值模拟计算和设计。模拟结果与实际基本吻合。     

爆破载荷作用下岩体损伤数值模拟研究

利用FLAC3D对大直径深孔爆破损伤进行数值模拟研究,分析其在不同装药高度条件下,深孔爆破对岩石损伤作用规律及发展过程。根据模拟结果得出不同爆破条件下岩石的损伤范围随爆破药量的增加而增加,并随时间变化明显,且通过对爆破药量与损伤半径进行回归拟合得出一可靠经验公式,用以确定合理的爆破参数。     

岩体爆破裂纹扩展影响因素分析

为了改善高地应力条件下岩体爆破破碎效率较低的问题,基于理论推导和ABAQUS动力有限元计算分析了不同埋深和侧压系数条件下岩石爆破裂纹的扩展规律.计算结果表明:岩体初始应力和侧压系数对爆炸载荷作用下的最大裂纹长度和主裂纹扩展方向具有较大影响,随着初始应力的增大,裂隙扩展半径减小;随着侧压系数的增大,岩石有效破碎面积也相应减小;裂纹扩展主方向趋于最大压应力方向;裂纹扩展主方向与最大压应力方向一致.     

填塞物对炮孔爆破效果的影响与分析

在爆破作业过程中,炮孔填塞质量的好坏能够影响爆破效果。通过研究填塞物的填塞作用、不同填塞物的填塞效果以及由于填塞效果不好所造成的影响等方面,分析总结了填塞物对于炮孔爆破的效果及其优点,为类似的爆破作业提供了参考价值。为寻求快速、简便、可靠的炮孔填塞技术奠定了一定的基础。     

爆破开采诱发周边岩体损伤破裂的数值模拟研究

基于连续-非连续单元方法（CDEM）中的朗道点火爆炸模型及拉剪复合应变软化模型,探讨了爆破开采与炮孔周边岩体损伤破裂程度的对应关系。通过量纲分析,确定了爆破诱发岩体损伤破裂的主要影响因素;通过应变软化的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,详细探讨了不同黏聚力及抗拉强度下,炮孔周边岩体的损伤因子随爆破距离的变化规律。数值计算结果表明：炮孔附近以压剪破坏为主,岩体处于完全损伤状态,出现具有一定半径的密集破碎带;在远离炮孔的区域,以张拉破坏为主,出现若干条贯通性的张拉裂缝;损伤因子随爆破距离的增加呈指数型衰减,并拟合获得了损伤因子与无量纲爆破距离、无量纲黏聚力及无量纲抗拉强度间的函数关系;强损伤区（损伤因子大于0.9的区域）的临界半径一般在2.5~5.5 m,仅受黏聚力控制;弱损伤区（损伤因子小于0.1的区域）的临界半径一般大于8 m,受黏聚力及抗拉强度的联合控制。     

爆破中炮泥堵孔作用模拟研究

采矿爆破中经常使用炮泥等材料进行堵孔,堵孔能增强爆破效果,作用十分重要。本文通过数值模拟的手段比较无堵孔、炮泥堵孔和炸药堵孔三种状态下的爆破效果,证明了炮泥堵孔药量小、爆破效果好的优点。     

切缝药包不耦合装药爆破损伤破坏的分形研究

为研究不同不耦合系数下切缝药包的爆后损伤破坏特征,以有机玻璃为试验材料,对不耦合系数1.33、1.67、2.00、2.33、2.67的切缝药包爆破损伤破坏进行分析。基于分形理论中计盒维数的原理,编写MATLAB程序分别计算5种不耦合系数下切缝药包在切缝方向以及垂直切缝方向爆生裂纹的分形维数。对爆后裂纹长度以及数量进行统计分析,结果表明:①在试验选取的不耦合系数范围内,切缝方向裂纹的分形维数显著大于垂直切缝方向的分形维数,切缝药包对于爆生裂纹扩展方向的控制具有明显效果;②在试验选取的不耦合系数中存在最佳不耦合系数1.67,在该不耦合系数下切缝方向爆生裂纹分形维数达到最大值,裂纹长度最大,爆破损伤破坏的定向控制效果最佳;③在不耦合系数大于1.67后,随着切缝药包不耦合系数的逐渐增大,切缝方向的裂纹扩展长度逐渐变短。     

煤层深孔聚能爆破裂隙扩展数值模拟

在煤层深孔聚能爆破现场试验的基础上,应用非线性动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA对煤体致裂过程进行了模拟,探讨聚能爆破作用下煤体力学行为及裂隙扩展机理。研究表明,爆破改变了煤体应力状态,聚能效应导致煤体力学性质在聚能方向发生显著变化。此外在聚能方向上煤体粉碎区范围相对较小,而裂隙扩张半径明显大于非聚能方向。     

锚固硐室在爆炸波作用下的损伤机理

以连续介质力学与损伤力学为基础,建立岩石的拉压动态损伤本构模型,并将此模型嵌入非线性有限元程序LS-dyna中,对锚固硐室抗爆的拉压损伤问题进行模拟。模拟与模型实验结果基本一致,验证了其合理性与正确性。结果表明：锚杆对抗爆加固硐室具有积极作用,锚杆改变损伤发展方向和抑制裂纹的产生,使爆炸波无法穿过密集锚杆在硐室拱部形成损伤,并提高了硐室的抗拉强度。     

基于统计损伤理论岩石非共面重叠裂隙扩展搭接规律数值模拟研究

为探究非共面重叠裂隙的扩展贯通规律,基于损伤理论建立了含非共面重叠双裂隙的计算模型,对单轴压缩下的裂纹扩展过程进行了描述,与试验结果对比验证了数值模拟的合理性,同时对应力-应变关系进行了阐述,从细观的角度对不同倾角的裂纹差异进行了解释,最后基于断裂力学理论推导了翼裂纹的产生机理。结果表明:裂纹尖端产生"翼形裂纹",预制裂纹倾角较小时翼裂纹从靠近预制裂纹尖端而非裂纹尖端产生,而倾角较大时则从预制裂纹尖端产生;含共面非重叠裂隙的应力-应变曲线呈现三个典型的阶段:弹性阶段、损伤阶段及破坏阶段。弹性阶段声发射事件数较少,损伤阶段声发射事件数逐渐增加,破坏集中发生于破坏阶段;对于裂隙倾角较小的情况,最大拉应力出现在靠近裂隙尖端处,而不是裂隙尖端处,对于裂隙倾角大于30°的情况,最大拉应力出现在裂隙尖端处,且裂隙的倾角越大,拉应力区也越大,压应力区越小;基于断裂力学理论推导了裂纹尖端的开裂准则,表明翼形裂纹的产生是由于其裂纹尖端的拉应力所导致。     

周边控制爆破对围岩损伤的分形研究

周边控制爆破后,形成的围岩表面可视为分形,其分形的维数反映了岩石经历的爆破过程。利用分形几何理论,分析周边控制爆破对围岩的损伤,导出相应的关系式,并对定向断裂周边控制爆破在降低爆破对围岩损伤方面的作用进行了讨论。研究结果对改进周边控制爆破参数,提高爆破效果,实现围岩支护的最优化十分有益。     

偏心不耦合装药爆破对岩石损伤的试验研究

针对张坝沟石灰石矿露天边坡倾斜孔光面爆破,在爆孔旁侧钻眼测试声波以测试岩石的损伤程度,结果表明爆破影响达1.5m左右。文中还通过水泥砂浆模型实验得出了孔壁应力、应变和压力分布,结果表明炸药紧贴孔壁的压力远大于其余方向的压力,为改变装药结构提供依据。