地铁盾构孤石预爆破破碎范围计算方法

在沿海地铁盾构掘进孤石爆破预处理施工中,为能更好的描述符合现场实际情况的破碎效果,对影响孤石爆破破碎的炮孔内不耦合介质进行了初步探讨。利用MISES强度准则,根据爆炸动力学理论,结合施工过程中炮孔柱形装药地下水以及上部空气垫层的影响,给出了爆破破碎范围的理论计算公式。依据厦门地铁盾构隧道施工现场的爆破参数进行了计算,计算结果与相关文献资料、现场实验结果进行比较分析,验证了现场爆破参数设计的合理性,证明了理论公式的可行性。可为地铁盾构施工孤石预爆破及类似岩石爆破问题的参数设计提供理论参考。     

地铁盾构孤石预爆破破碎范围计算方法

在沿海地铁盾构掘进孤石爆破预处理施工中,为能更好的描述符合现场实际情况的破碎效果,对影响孤石爆破破碎的炮孔内不耦合介质进行了初步探讨。利用MISES强度准则,根据爆炸动力学理论,结合施工过程中炮孔柱形装药地下水以及上部空气垫层的影响,给出了爆破破碎范围的理论计算公式。依据厦门地铁盾构隧道施工现场的爆破参数进行了计算,计算结果与相关文献资料、现场实验结果进行比较分析,验证了现场爆破参数设计的合理性,证明了理论公式的可行性。可为地铁盾构施工孤石预爆破及类似岩石爆破问题的参数设计提供理论参考。     

钻孔装药爆破岩石块度组成的分析方法

介绍了钻孔装药台阶爆破时岩石块度组成的分析方法。该方法以破碎区的范围和岩体天然节理含量为根据,根据爆破岩石的物理力学性质及所使用炸药的理化性能计算破碎区的半径。通过爆炸应力波的反射作用,论证了岩体中因爆破膨胀应力波的作用而受破坏的比例。     

地下爆破岩石预裂区半径的理论估算

研究爆炸冲击波作用下,岩体弹性变形区的应力状态,估算岩石天然微裂纹激活区即预裂区的边界尺寸。在估算中,使用球面腔压力跃变理论及裂纹扩展理论对几种典型的岩石类型进行了定量估算,得出岩石预裂区的尺寸取决于岩石微观结构和岩体压力。     

岩体中爆炸破碎区半径计算方法讨论

岩体中爆炸破碎区半径是地下爆炸的重要参数之一。破碎区半径的常用计算方法有经验公式法、声学近似法和修正声学近似法等方法，这些方法计算结果的合理性有必要予以分析。选取辉长岩和大理岩2种岩体的典型参数值，用基于上述方法的4种计算公式，计算了集团装药耦合爆炸岩体的破碎区半径，但4种公式的计算结果存在较大差异。分析表明，基于声学近似法并采用波阻抗计算应力波衰减指数的计算公式，参数取值容易，计算结果合理，适合于实际工程应用。     

岩石中柱形装药爆破破坏区域的理论计算

为了解决柱形装药在岩石中爆破破坏分区的问题,在空腔膨胀理论的基础上,采用Mohr-coulomb强度准则作为爆破近区的岩石本构模型,修正空腔膨胀理论中的速度场关系式,建立了柱形装药在岩石中爆破的力学控制方程,结合爆破弹性区的准静力解,给出了爆炸空腔、破碎区和径向裂缝区半径的理论计算公式。最后以四种岩石为研究对象,根据得到的理论公式进行算例分析,计算结果与相关文献资料进行比较,证明了理论公式的正确性。     

爆炸载荷作用下的岩石损伤断裂研究

岩石爆破机理是一个复杂的问题,目前理论研究还不是很成熟。根据以往经典固体力学方法解释岩石在爆炸载荷作用下的力学行为,是无法揭示岩石爆破破碎的全过程,也难以确定岩石内的损伤和破坏程度;采用细观力学方法可以深入了解岩石内部从损伤到破碎全过程。岩石爆破损伤断裂机理是由岩石爆破机理和岩石细观损伤力学理论组成的。本文在分析研究现有岩石爆破模型的基础上,指出了现有的岩石爆破损伤模型存在的不足及发展方向;并进行了水中爆炸实验,分析了激波对水泥试样的损伤特性。     

爆炸载荷作用下的岩石损伤断裂研究

岩石爆破机理是一个复杂的问题,目前理论研究还不是很成熟。根据以往经典固体力学方法解释岩石在爆炸载荷作用下的力学行为,是无法揭示岩石爆破破碎的全过程,也难以确定岩石内的损伤和破坏程度;采用细观力学方法可以深入了解岩石内部从损伤到破碎全过程。岩石爆破损伤断裂机理是由岩石爆破机理和岩石细观损伤力学理论组成的。本文在分析研究现有岩石爆破模型的基础上,指出了现有的岩石爆破损伤模型存在的不足及发展方向;并进行了水中爆炸实验,分析了激波对水泥试样的损伤特性。     

岩体中爆破破坏分区研究

文章根据岩体爆破变形与破坏特征,利用松散介质力学、连续介质力学和空腔膨胀理论对爆破地震波效应研究中最基本、最重要的基础性工作--震源机制进行了研究,提出了确定破坏区发展的动力学计算模型,揭示了空腔壁在爆生气体的作用下不断膨胀的脉冲过程,给出了破坏区范围大小.数值分析计算实例结果表明,花岗岩中空腔区、破碎区、径向裂隙区半径分别为装药半径的1.48倍～1.84倍、2.54倍～4.70倍和21.60倍～23.44倍,与传统概念上的分区大小一致.     

PVDF薄膜传感器用于测试块状岩石表面爆炸应力的研究

采用PVDF（聚偏二氟乙烯）薄膜传感器对岩石表面爆炸应力进行测量,并分析炮孔内不同填塞介质对爆炸应力波在岩石介质中传播的影响。在直径为28 mm、孔深为25 cm的炮孔内填塞不同的介质（空气、水或沙子）,采用不同的装药结构分别进行爆破试验,通过PVDF薄膜传感器得到了不同工况下岩石表面应力波时程曲线。分析炮孔内不同填塞介质对爆炸应力波透射的影响发现,水作为炮孔填塞介质时,爆炸应力波透射能力强,炸药爆炸产生的能量用于岩石破碎的比例高。水作为炮孔填塞介质时,为达到岩石开裂效果,装药结构设计为1发8^#雷管加2 g传爆药（聚黑-14）;当沙子作为炮孔填塞介质时,为达到岩石的开裂效果,装药结构设计为1发8^#雷管、2 g传爆药（聚黑-14）和20 g炸药（聚黑-2）;前者炸药用量仅为后者的15.3%。炸药使用量减少,也降低了爆破次生危害的影响程度。用PVDF薄膜传感器在岩石表面直接测量爆炸应力的方法是可行的。     

应力波和爆生气体共同作用下裂隙区范围研究

为了得到更加符合实际的裂隙区范围计算公式,从理论上分析研究了在空气不耦合装药条件下裂隙区范围的计算方法。选取2号岩石乳化炸药和4种典型的岩石参数值,对基于初始损伤和粉碎区存在的岩石裂隙区半径进行了计算,并在此基础上运用阿贝尔原理和岩石止裂条件考虑了爆生气体准静态作用下裂隙的二次扩展。研究结果表明:粉碎区范围的大小会对裂隙半径极大值产生较大影响,并且当岩石初始损伤达到0.7~0.8时,裂隙区半径受到的影响程度达到最大;得到了应力波动作用和爆生气体准静态作用下裂隙区半径计算公式。     

基于SPH方法的柱状装药爆炸扩腔数值模拟

在LS-DYNA框架内建立基于SPH方法的柱状装药爆炸扩腔数值模型,克服有限元法或有限差分法在处理爆炸近区大变形和不连续问题的弊端,模拟了柱状装药起爆时岩石内部爆腔的形成过程,并对内部质点的压力和位移变化规律进行分析。结果表明:SPH方法能够较好地模拟柱状装药爆炸时岩石爆腔的形成过程,在处理爆炸近区具有一定优越性。柱状装药反向起爆后,在岩石中引起强烈的爆炸应力波,应力波波阵面近似成椭圆形;炸药底部的3个SPH粒子压力在短时间内达到峰值,然后逐渐振荡衰减;爆炸扩腔完成时间大约是500μs,爆腔呈椭球形,直径大约是16cm。     

基于SPH方法的柱状装药爆炸扩腔数值模拟

在LS-DYNA框架内建立基于SPH方法的柱状装药爆炸扩腔数值模型,克服有限元法或有限差分法在处理爆炸近区大变形和不连续问题的弊端,模拟了柱状装药起爆时岩石内部爆腔的形成过程,并对内部质点的压力和位移变化规律进行分析。结果表明:SPH方法能够较好地模拟柱状装药爆炸时岩石爆腔的形成过程,在处理爆炸近区具有一定优越性。柱状装药反向起爆后,在岩石中引起强烈的爆炸应力波,应力波波阵面近似成椭圆形;炸药底部的3个SPH粒子压力在短时间内达到峰值,然后逐渐振荡衰减;爆炸扩腔完成时间大约是500μs,爆腔呈椭球形,直径大约是16cm。     

地应力条件下爆破载荷破岩的DDA模拟研究

为探究地应力条件下的岩石爆破破岩特征与机理,基于非连续变形分析(DDA)方法建立岩石爆破力学模拟模型,分别考虑爆生气体压力和爆炸应力波的爆破载荷作用形式,对双向等值和不等值地应力条件下均质岩石的单孔爆破进行数值模拟,研究地应力对爆生气体压力和爆炸应力波破岩效果的影响。结果表明:对于均质岩石,在双向等值初始地应力条件下,爆破裂纹区近似为圆形,其面积随初始地应力的增大而减小,且双向等值初始地应力大小的变化对爆炸应力波的破岩作用影响更大;在双向不等值初始地应力条件下,爆破裂纹区呈扁平形,裂纹主要朝较大压应力方向扩展,且侧压系数的变化对爆生气体的破岩作用影响更大。研究结果对爆破工程实践具有一定的理论参考意义。     

深孔爆破中不同起爆方式对爆生裂纹的数值模拟

为了分清齐发爆破和逐孔起爆的方式对岩体裂纹的影响,运用LS-DYNA动力有限元分析软件,分别对深孔三孔齐发起爆和深孔三孔逐孔起爆的爆生裂纹扩展机理进行了数值模拟,并描述了深孔爆破时的应力分布云图和裂纹扩展以及损伤演化情况,得到岩体的破碎区和裂隙区的范围。模拟分析结果表明:采用逐孔起爆法使岩石的自由面发生改变,炮孔破坏更为严重,对爆破效果产生很大的影响。并对计算结果进行了分析,对指导工程实践有一定的参考价值。     

深孔爆破中不同起爆方式对爆生裂纹的数值模拟

为了分清齐发爆破和逐孔起爆的方式对岩体裂纹的影响,运用LS-DYNA动力有限元分析软件,分别对深孔三孔齐发起爆和深孔三孔逐孔起爆的爆生裂纹扩展机理进行了数值模拟,并描述了深孔爆破时的应力分布云图和裂纹扩展以及损伤演化情况,得到岩体的破碎区和裂隙区的范围。模拟分析结果表明:采用逐孔起爆法使岩石的自由面发生改变,炮孔破坏更为严重,对爆破效果产生很大的影响。并对计算结果进行了分析,对指导工程实践有一定的参考价值。     

爆破载荷下隧道围岩破坏裂隙范围研究

为确定爆破载荷作用下岩体的裂隙范围，应用摩尔-库伦强度准则确定岩石在冲击波作用下的粉碎区；在考虑粉碎区范围、应力波衰减指数改变和岩石三向受力状态的情况下,用Mises强度准则计算裂隙区范围；在不考虑爆生气体在应力波形成的裂隙区损失的前提下，用岩石的断裂韧性来计算爆生气体充满粉碎区后岩石裂隙的二次扩展范围。通过理论计算与现场声波实测值对比，理论计算值比实测值小8.45%。分析表明，该裂隙范围计算方法合理，并可以对类似工况的裂隙范围进行估算。     

爆炸冲击荷载下扩腔体积和能耗随抵抗线的变化规律研究

针对柱状药包爆炸冲击荷载下炮孔周边岩体介质扩腔体积和能耗占比问题,采用爆破破岩和断裂力学理论,结合爆炸具有瞬时、高温、高压等极端态特性,构建了仅以单轴动态抗压为主要依据的过度粉碎区岩石破碎能耗的简易计算公式,并开展了模型试验研究。该研究结果表明:随着最小抵抗线由120 mm增加到200 mm,扩腔半径由炮孔半径的2.6倍增加到4.6倍,扩腔体积增加了3.56倍,呈现明显的指数增长趋势;能耗由524 J增加到1870 J,能耗占比由5.93%上升到21.13%,与现有的研究成果基本一致,验证了计算公式的可行性。该研究结果能够为光面爆破、预裂爆破等控制爆破技术的设计和施工提供理论依据。     

结构性黄土劈裂注浆力学机理分析

为了在塑性力学与大变形理论基础上分析黄土地区劈裂注浆力学机理,将注浆初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,将孔周围的土体应力分布分为3个区域：弹性区、塑性区及破坏区。结合结构性黄土修正剑桥模型,在弹性区采用小变形理论,在塑性区、破坏区采用大变形理论。根据应力平衡方程、应力应变连续边界条件,推导了考虑排水和大变形时塑性区、破坏区半径及竖向、水平劈裂注浆压力的理论解答,最后结合工程算例进行论证。结果表明：该解答综合考虑了黄土的结构性参数、压缩模量、泊松比、内摩擦角、塑性破坏参数、剪胀系数、扩孔形式k及屈服准则等因素;同时,还分析了浆泡周围土体的应力应变分布解及在参数影响下的递变规律;经对比分析发现,该文的劈裂注浆压力理论计算值与工程实测值比较接近,初步证实了理论的可靠性,在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值。