水下钻孔爆破的数值模拟

利用LS-DYNA对水下钻孔爆破岩石破碎过程进行了数值模拟,根据不同厚度水层覆盖条件下的爆破物理图像,结合岩石内3个单元的应力变化时程曲线,对起爆后10ms内岩石中的应力变化进行了分析;并根据岩石中裂隙的形成和发展情况,对爆破动载作用下水下岩石的破坏情况进行了相应的理论分析。模拟结果可应用于水下钻孔爆破的参数设计。     

水下钻孔爆破的数值模拟

利用LS-DYNA对水下钻孔爆破岩石破碎过程进行了数值模拟,根据不同厚度水层覆盖条件下的爆破物理图像,结合岩石内3个单元的应力变化时程曲线,对起爆后10ms内岩石中的应力变化进行了分析;并根据岩石中裂隙的形成和发展情况,对爆破动载作用下水下岩石的破坏情况进行了相应的理论分析。模拟结果可应用于水下钻孔爆破的参数设计。     

爆破破岩机理的探讨

文中参考了已有的研究成果，结合本人的试验，提出爆破玻岩中有两种作用：动压（冲击波、应力波）作用产生“震裂”效应；静压（爆生气体）作用主要是气楔作用，使裂纹延伸扩张，岩石碎化并可抛掷．破岩过程也以划分为两个阶段（动压、静压）．破岩方式主要是拉伸式破坏．     

宽孔距爆破法数值模拟及破岩机理分析

运用数值计算方法研究了台阶爆破中常规孔距与宽孔距的应力场分布与破岩机理。由模拟结果可知,当密集系数为1.0或3.7以上时,孔间应力叠加效果并不好。而密集系数在1.7～3.7之间时,孔间应力分布均匀,叠加效果较好,这是有利于岩体破碎及减少大块率的。     

不同应力条件下组合孔爆破破岩规律数值模拟研究

深部矿山爆破开采不可避免的受到初始地应力的作用,为探究高地应力下组合孔破岩规律,对初始应力与组合孔爆炸应力联合破岩机理进行分析,开展不同应力作用下组合孔爆破破岩数值模拟研究.结果表明:初始应力对爆破作用的抑制或者促进取决于其与岩石的弹性极限的对比关系,当初始应力小于岩石的弹性极限时,表现为抑制作用,当初始应力大于岩石的...     

水下钻孔爆破堵塞长度的数值模拟研究

结合长江太子矶航道炸礁工程,根据国内外水下钻孔爆破参数的经验公式,初步确定了该水下破工程的堵塞长度.运用ANSYS/LS-DYNA软件,通过对不同堵塞长度参数的优化调整,对比分析得出了最佳的堵塞长度为140 cm左右,与经验公式所给范围相同.以该值配合其他经验参数通过在现场试验验证发现,爆破效果较好,取得了预期的效果.     

分离式冲击-刮切复合钻头破岩机理及钻进破岩研究EI北大核心CSCD

随着油气勘探开发的不断深入,传统PDC钻头在深部地层钻进过程中的黏滑、回弹震荡等问题愈加突显,为此提出一种新型冲击-刮切复合PDC钻头,并基于该钻头分离式冲击-刮切的工作原理,开展了单元齿冲击、单元齿切削以及冲击-刮切复合破岩的试验与数值模拟。结果表明,冲击齿冲击岩石产生冲击坑,使冲击坑7 mm范围内岩石强度显著降低,同时可降低切削齿所需切削力,形成了较大切削岩屑,并影响冲击坑附近应力分布。同时基于正交试验,对冲击参数和切削参数的敏感性进行分析,探究各因素对冲击-刮切复合破岩的影响规律,结果表明影响较大的因素分别是冲击位置、切削速度、冲击齿类型以及切削深度。采用全尺寸钻头对比分析常规PDC钻头和复合钻头破岩井底形貌,发现复合钻头井底破碎体积更大。研究内容对研制和应用新型冲击-刮切复合PDC钻头具有重要参考价值。     

复杂地质条件下水下钻孔方法

从复杂地质的构成、复杂地质对成孔的影响以及复杂地质的处理这三方面进行了论述,为复杂地质条件下水下钻孔爆破的钻孔方法提出一些参考性意见。     

水下钻孔爆破岩石各区应力的数值模拟

结合连续介质力学和动力非线性有限元理论知识,通过ANSYS/LS-DYNA建立20 m水深和无水两种情况下的钻孔爆破模型,采用多物质ALE算法,模拟得出了从孔底起爆时爆炸冲击波引起的应力响应,并根据岩石破碎机理判断出粉碎区、裂隙区和弹性振动区,在5~8倍的药柱半径范围内,由冲击波压碎岩石形成粉碎区,临界径向压应力为207 MPa左右,在10~14倍的药柱半径范围内,岩石被割裂形成裂隙区,且切向拉应力起主导作用,其临界值为16.1 MPa左右,对比分析两种模型的计算结果可知,水介质的存在会减缓冲击波与爆轰气体的衰减速率。     

水下爆破破冰机理的数值分析研究

以黄河包头磴口段爆破破冰试验为基础,采用LS-DYNA有限元软件模拟了水下爆破破冰过程,研究冰层在爆破水压力作用下的破坏机理。根据现场试验条件,水深为4.5 m,冰厚0.5 m,10 kg的集中乳化药包位于冰下1.5 m处,同时考虑底部的淤泥的影响,建立了相应的模型进行数值计算。计算得出破坏后的冰层可分为破碎,裂隙和震动三个区,其中冰层破碎区半径约为5.5 m,与现场实测结果一致。研究表明水下冲击波压力对冰层的破坏起主要作用。     

水下爆破岩石破碎块度的实验研究

基于武汉科技大学与中铁港航局联合研制的10 g TNT当量水介质爆炸容器,在爆炸罐内施加不同压强,模拟不同水深梯度,进行多组素混凝土试块的水下爆炸实验,统计炸药爆炸后的各种块度,发现随着水深增大岩石的大块率增加,且水深是主要影响因素。由于水介质的压力作用,改变了岩石中的轴向压力作用,受到水的围压作用,炸药爆炸后需分配一部分能量用于克服水压作用,而且水深越大,岩石外部围压越大,因此破碎程度远不如同等条件下的陆地爆破,得到相同破碎程度,需要更大的单耗,水深越大所需单耗越大,研究结果可供实际工程参考。     

工程爆破中岩石破碎块度的理论研究

利用爆破流体动力学理论分析，炸药在岩体内产生的速度势量场和速度场，来确定岩石的破碎块度，这样即可以与常用的经验公式相对照，相互补充，以求出其结果更符合实际。     

水下钻孔爆破对紧邻建(构)筑物安全性影响研究

为评估水下钻孔爆破对紧邻建(构)筑物的安全影响,结合万州长江公路大桥防撞设施水下爆破工程,利用ANSYS/LS-DYNA对紧邻建(构)筑物水下钻孔爆破进行了数值模拟研究。对不同起爆方式与减震孔不同充填介质下紧邻建(构)筑物水下钻孔爆破的减震效果进行了对比分析,结合现场爆破振动监测数据,对万州长江公路大桥的结构稳定性进行了判定。结果表明:采用毫秒延期雷管进行分段装药起爆能有效降低爆破地震效应;减震孔介质的不同影响了地震波传递和衰减规律,减震孔采用空气介质充填能更好的减弱爆破引起的振动效应;采用该起爆与减震方式能够保证万州长江公路大桥的安全使用。     

水下钻孔爆破水击波的传播规律及气泡帷幕对水击波的削减作用

结合长江航道莲沱段炸礁工程,用LS-DYNA软件对水下钻孔爆破进行数值模拟,研究水击波的传播规律和气泡帷幕对水击波的削减作用,分析了水下钻孔爆破3个方向上水击波的传播特性。结果表明,水下钻孔爆破水击波在炮孔轴线方向衰减最为明显,其次是与炮孔轴线夹45°角的方向,而最小抵抗线方向衰减最慢;且改变水深时,结论仍成立。同时,研究了不同位置的气泡帷幕对水击波峰值压力的削减效果。结果表明,气泡帷幕对水击波起到了良好的削减作用;且气泡帷幕离爆源较近时,对水击波的削减效果更好。     

装药位置对爆破破冰效果影响的数值分析

采用数值模拟的方法研究了炸药装药位置对水下冰凌爆破效果的影响。以黄河防凌破冰试验为基础,采用有限元软件LS-DYNA模拟了炸药在水下不同深度处的爆破破冰效果。模拟结果表明在深度大于4.5 m的水中,药包位于冰下约1.5 m处破冰效果较好;当水深较小时药包的最佳深度相应增加。通过对水压力变化分析,揭示装药深度和水深对爆破效果影响的物理机制。研究结果为防凌破冰设备的研制提供了理论依据。     

不同起爆方式对水下深孔爆破危害效应影响的数值模拟

文章以连续介质力学和动力非线性有限元理论为基础,推导炸药、水底介质和水的多物质ALE(multi-material arbitrary lagrangian eulerian)控制方程,采用多物质ALE算法模拟了水下深孔爆破产生的水中冲击波、水底介质中应力波及爆破振动传播过程,并模拟了装药不同位置起爆时对爆破危害效应的影响。不同起爆方式产生水中冲击波由小到大的顺序为:顶端起爆,两端起爆,中间起爆,底端起爆;而爆破振动由小到大的顺序为:底端起爆,中间起爆,顶端起爆。     

水深因素对水下钻孔爆破冲击波压力峰值的影响

文章对近岸海底浅水中钻孔爆破小型试验取得的试验数据及压力波形进行研究,初探水深因素对水底钻孔爆破水中冲击波压力峰值的影响.试验测得:水深从1.0m增加到1.5m后,冲击波峰值下降很快,但水深从1.5m增加到2.0m、2.5m后,冲击波峰值下降较慢,趋于平缓.