隧道掘进排孔爆破的精细化数值模拟

针对隧道爆破掘进中常见的围岩条件和炮眼类型,在LS-DYNA数值平台上建立5种炮眼的精细化模型,采用流固耦合算法,较真实地模拟了排孔爆破的瞬时过程。在炮眼周边瞬时形成压力粉碎区,同时气楔作用使初始裂缝不断扩展,形成围岩破裂区;爆轰压力波在临空面处发生反射,其反射拉伸波使临空面附近围岩出现大范围平行裂隙;爆破形成的粉碎区半径和破裂区半径约炮眼半径的3倍～4倍和22倍～24倍。关注炮眼粉碎区边界上的压力时程曲线,呈现明显的多峰形态(包括第一峰值、第二峰值和负峰值);并且主峰值与轴向不耦合系数间呈现幂指数衰减关系。进一步地,将爆破轮廓线上的压力峰值平均化,得到各爆破轮廓线上的简化三角形荷载,可应用于远场振动效应评估等后续工作。     

近地面爆源爆炸成坑效应的数值模拟研究?

为研究爆炸案件中近地面爆源的爆炸成坑过程及爆坑形成影响因素,得到近地面爆源爆炸痕迹反演规律,利用非线性动力学软件AUTODYN对土壤地面在爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值模拟研究,得到了土壤表面爆坑的形成过程及药量、炸高等影响因素对爆坑参数的影响规律。计算结果表明,爆坑形成的最初阶段,爆坑深度扩张速率最大,并随时间推移逐渐减缓,最终趋于稳定;当炸高确定时,爆坑深度随药量增大而增大,且爆坑深度与药量的立方根之间呈线性关系;当药量确定时,爆坑深度随炸高增大而减小,且爆坑深度与炸高呈线性关系;相对爆坑深度与相对炸高之间具有线性关系。     

爆破作用下岩体层间软弱夹层爆腔推移规律研究

通过对含层间软弱夹层的单孔露天台阶模型爆破过程的高速摄像实验,在拍摄速度为每秒20 000和30 000幅条件下观测到爆破作用下爆腔的整个发展过程,得出了爆腔的推移规律:药量、含水率、抵抗线对爆腔发展规律影响不尽相同,药量因素影响最大、抵抗线因素次之、含水率因素影响最小;在爆腔成形之前均经历了约300～500 μs的爆腔半径迅速增加区;相同条件下,同一时刻任何一个影响因素中增加时,爆腔半径也相应地变大,增加幅度约为:1.2～2.2倍.     

近场水下爆炸气泡与目标尺寸匹配关系研究

为了探究不同尺寸结构与气泡的相互作用机理，开展了2.5 g TNT在边长为20 cm、40 cm和70 cm固支方板底部15 cm处起爆的水下爆炸实验，通过观察实验高速录像以及传感器测得的压力数据结果得到：板的尺寸过小时，气泡在膨胀过程中会与空气接触，使得气泡脉动过程终止。为进一步探究爆炸气泡与目标尺寸的匹配关系，采用Abaqus软件中的CEL算法，固支方板以拉格朗日网格建立，其余部分以欧拉网格建立，对近场水下爆炸气泡的动力学行为以及压力数据进行数值模拟，通过将仿真结果与实验拍摄到的气泡现象与测得的压力时程曲线做对比验证了仿真方法的可行性。以爆炸深度除以最大气泡半径为比深度，以板的边长除以最大气泡半径为边长，接着开展了板边长为0.455到3.182倍最大理论气泡半径、爆距为0.455到1.136倍最大理论气泡半径的系列仿真。仿真结果表明：随着板尺寸的减小，气泡越容易提前溃散；以无量纲板尺寸和无量纲爆深为变量给出能否形成一个完成气泡脉动的分界函数；爆距与板尺寸距离分界线越近，气泡脉动结束时间越早。     

边界条件对水下爆炸气泡运动特性的影响分析

在近距爆炸条件下,受到边界的影响,水下爆炸气泡会出现非球状运动情况。为了得到球状气泡假设的适用条件,对深水自由场、近自由液面、近刚性壁和弹性边界等不同边界条件下水下爆炸气泡的动态特性进行了仿真计算。通过对气泡最大半径和脉动周期仿真结果的对比分析,可以得到如下结论:当爆心距离边界约等于气泡最大半径时,自由表面会使气泡的最大半径略有减小,周期缩短,刚性壁的影响与之相反,弹性边界的影响介于二者之间;在近自由边界条件下爆距大于2倍气泡半径,近弹性结构和刚性壁边界条件下爆距大于3倍气泡半径时,水下爆炸气泡可近似认为球状脉动。     

球缺型EFP毁伤混凝土墙试验与数值仿真研究

为深入研究混凝土类目标在聚能装药作用下的侵彻效应和毁伤机理,设计一种大口径Φ120 mm球缺型EFP聚能装药,开展不同炸高下毁伤大尺寸混凝土墙试验。基于修正参数的RHT模型进行数值仿真,仿真结果与试验数据的最大相对误差为9.8%,表明RHT模型的修正效果较好,数值模型可靠。在此基础上,分析炸高对毁伤效果的影响,并对EFP侵彻体与爆炸冲击波的联合毁伤元特性进行研究。结果表明：所设计的EFP聚能装药毁伤混凝土墙时,能够形成具有较大直径和深度的漏斗坑;炸高为20～60 cm时,随着炸高的增大,漏斗坑直径逐渐减小,漏斗坑深度呈先减小再增大再减小,并逐渐稳定的趋势;炸高为20 cm(1.67倍装药直径)时,能够获得直径和深度都较大的漏斗坑,此时漏斗坑直径为6.83倍装药直径,漏斗坑深度为2.30倍装药直径;EFP侵彻对漏斗坑的形成起主导作用,在一定炸高范围内,爆炸冲击波对漏斗坑直径有增大作用,其与EFP侵彻体的耦合能够在一定程度上提高漏斗坑深度。     

低能导爆索起爆系统的研制

低能导爆索起爆系统由低能导爆索、消爆元件、毫秒雷管组成。文中论述了低能导爆索药芯的组成和性能,其成分为含热塑性弹性体粘结剂的胶质太安炸药,这种药芯抗水性强,把低能导爆索二端裸露浸泡在2米深水中40天爆速不变;耐高温性能好,处于80～40℃的环境中8小时,爆速稳定,爆轰完全;爆速高而稳定,爆速为7100～7400米/秒;安全性能好,成本低于普通导爆索,药芯药量从普通导爆索的12～14克/米降低到1～2克/米。另外,由于爆速高而稳定,容易发展成高精度毫秒雷管。通过生产爆破试验及实验室实验,该系统取得了预期的优良效果。     

激光对炸药体加热的研究

随着激光技术的发展，激光引爆成为炸药起爆的新方式。激光的能量呈高斯分布，激光的能流密度在不同的照射深度呈指数形式衰减。本文通过理论推导获得了激光能量在炸药体内的分布曲面方程，实验获得的爆坑形状验证了这一结果；爆坑的出现进一步说明热点成长为爆轰是分阶段进行的。炸药的颜色对爆坑形状参数的影响在一定程度上证明自由振荡式激光对炸药的引爆属于热起爆。通过对热穿透方程的分析可知炸药的激光引爆存在一个最佳能流密度，并用实验进行了验证。     

铝粉含量和粒度对HMX基炸药空爆性能的影响

为了分析不同铝粉含量及颗粒尺寸对炸药空中爆炸性能的影响,笔者利用含铝炸药的自由场空爆试验,测试了不同配方的含铝炸药空爆超压、正压作用时间和空爆冲量,对试验结果进行了比较分析。对于HMX基含铝炸药,铝粉的质量分数为30%~35%时,超压和冲量较高;当铝粉的质量分数超过35%时,超压和冲量趋于降低。自由场传感器测定结果显示,超压和冲量在4.5 m的较远距离处、铝粉的质量分数约30%时有最大值。当铝粉的质量分数约为30%时,含纳米铝粉炸药的超压和冲量低于含微米铝粉炸药。     

新型高强钢板在结构抗接触爆炸中的应用

为研究NFB700E1高强钢板对钢筋混凝土结构抗震塌性能的提升效果,开展了五组组合结构抗接触爆炸试验(以Q345普通钢板为对照组),并基于试验结果,建立了较为真实的数值仿真模型,通过多组数值仿真算例,计算出钢筋混凝土-防震塌钢板组合结构的相当不震塌系数,量化了防震塌钢板对钢筋混凝土抗震塌能力的提升幅度。结果表明：抗爆试验中,随着钢筋混凝土靶板厚度减少,其爆坑等效直径、爆坑深度和防震塌钢板的最大变形量均呈增大趋势;通过对比爆坑深度和钢板最大变形量等参数,不断迭代优化,得到了吻合程度较高的有限元数值仿真模型;计算得到钢筋混凝土-防震塌钢板组合结构和钢筋混凝土的相当不震塌系数,其中NFB700E1高强钢板8 mm厚时相当不震塌系数约为0.141,6 mm厚时约为0.159,相较于钢筋混凝土(0.475),相当不震塌系数分别提高了70.3%和66.5%;相较于Q345普通钢板(0.230),相当不震塌系数分别提高了38.7%和30.9%。本工作建立的数值仿真模型可拓展延伸到更多工况,为其他防护工程抗震塌研究提供借鉴。     

低爆速炸药破碎混凝土块的试验

用低爆速炸药与乳化炸药对两种尺寸的混凝土块进行了爆破实验,并对破碎效果进行了比较。结果表明,低爆速炸药的猛度和爆力都明显小于乳化炸药。这印证了低爆速炸药所具备的低猛度、低爆力的性能特点,有利于在复杂环境中用于爆破拆除基础等构筑物。     

低爆速炸药破碎混凝土块的试验

用低爆速炸药与乳化炸药对两种尺寸的混凝土块进行了爆破实验,并对破碎效果进行了比较。结果表明,低爆速炸药的猛度和爆力都明显小于乳化炸药。这印证了低爆速炸药所具备的低猛度、低爆力的性能特点,有利于在复杂环境中用于爆破拆除基础等构筑物。     

管式结晶器爆炸成型实验研究

以爆炸加工复杂内腔管式结晶器为例,简要介绍了爆炸成型的机理,并对其实验的方法、装置、过程以及能量分析、药量计算进行了论述。实验结果表明,爆炸成型加工管式结晶器是可行的,管坯零件内表面精度取决于芯模的精度,用药量主要与管坯的材料、厚度和变形量有关。存在的一些问题是正确估算管坯变形所需药量及其分布,同时提高密封系统的质量。     

管式结晶器爆炸成型实验研究

以爆炸加工复杂内腔管式结晶器为例,简要介绍了爆炸成型的机理,并对其实验的方法、装置、过程以及能量分析、药量计算进行了论述。实验结果表明,爆炸成型加工管式结晶器是可行的,管坯零件内表面精度取决于芯模的精度,用药量主要与管坯的材料、厚度和变形量有关。存在的一些问题是正确估算管坯变形所需药量及其分布,同时提高密封系统的质量。     

单自由面垂直炮孔爆炸作用的数值模拟

为了考查无空孔直眼掏槽爆破参数 ,采用数值模拟方法研究单自由面垂直炮孔的爆炸作用问题。数值模拟结果表明 ,在堵塞条件一定时 ,单自由面垂直炮孔爆破漏斗与装药长度无关。对于本算例所选取的炮孔参数、装药参数和岩石参数 ,爆破漏斗深度约为1～ 2m ,是孔径的 2 5～ 5 0倍。     

混装乳化炸药不耦合装药爆破技术的研究和应用

在三峡工程的临时和永久船闸闸室的开挖中,为满足高边坡缓冲爆破和基建面保护层爆破的要求,专门研制了适合混装车生产和可泵送的乳化炸药。这种炸药与放入炮孔中的一定直径的PVC塑料管配合使用,实现了小直径孔不耦合装药。装药时,利用装药车将炸药泵入炮孔或孔内的塑料管中。文中概述了小直径感度乳化炸药的研制,介绍了混装乳化炸药和不耦合装药爆破技术在不同开挖工程中的应用,并对应用该项技术的技术和经济效果作出了评价。     

重庆大洪河电站5号机扩建工程爆破震动监测

介绍了重庆大洪河电站 5号机扩建工程中爆破震动监测情况。基础开挖爆破区与原厂房最小距离不足 2m ,控制爆破震动至关重要。根据实测振动速度值 ,对监测对象进行了安全评价 ,推断出电站厂房内电器设备的安全临界振速为 3cm/s,并推荐了该类电站的震动安全控制标准。     

线型聚能装药切割钢板过程的数值模拟

用AUTODYN -2D计算软件对线型聚能装药切割钢板的过程进行了数值模拟 ,分析了射流形成过程中各种参数的分布规律 ,并对射流切割钢板的宽度、厚度等进行了预测。模拟计算与实物试验结果的相对误差为 10 6%～ 11 9% ,是在工程上允许的范围内。这说明 ,数值模拟方法可用于聚能装药的优化设计和切割其他材料的研究     

接近冰层爆破漏斗试验及其理论分析

通过现场爆破漏斗试验和鼓包运动过程观测,系统分析了以水为约束介质的冰层在接近药包爆炸的破坏过程。证明在接近药包爆炸加载时的冰层破坏主要是爆炸气体膨胀形成的多次加载水介质所产生的破坏作用,并且表现出明显的脆性破坏特征,其裂隙的破坏范围也随着冰的强度和脆性的提高而增大。根据现场试验结果得出:当冰层的厚度为0.26~0.65m时,以水为约束介质的最佳爆破作用系数K=a/Rw=1.8~2.2;冰层下药包接近爆炸的最佳炸药单耗是冰层内药包爆破的1/2。     

接近冰层爆破漏斗试验及其理论分析

通过现场爆破漏斗试验和鼓包运动过程观测,系统分析了以水为约束介质的冰层在接近药包爆炸的破坏过程。证明在接近药包爆炸加载时的冰层破坏主要是爆炸气体膨胀形成的多次加载水介质所产生的破坏作用,并且表现出明显的脆性破坏特征,其裂隙的破坏范围也随着冰的强度和脆性的提高而增大。根据现场试验结果得出:当冰层的厚度为0.26⁰.65m时,以水为约束介质的最佳爆破作用系数K=a/Rw=1.80.65m时,以水为约束介质的最佳爆破作用系数K=a/Rw=1.8².2;冰层下药包接近爆炸的最佳炸药单耗是冰层内药包爆破的1/2。