岩石控界切割锥形聚能射流的优化设计及试验

对聚能装药形成射流冲击岩石展开研究,通过线性聚能装药和锥形罩聚能装药的爆炸破岩对比试验、数值模拟以及岩石断裂力学分析认为,采用锥形罩聚能装药结合初始裂纹形式时,能量利用率更高,能对岩石产生更好的劈裂效果。为得到高速锥形射流,运用正交分析和数值仿真对聚能装药进行了优化设计,优化后的锥形罩聚能装药的参数为:炸高15 mm、药型罩锥角84°、药型罩厚度1.35 mm。优化后的岩石劈裂试验中,两个锥形罩聚能装药同时爆炸作用于岩石,在初始裂缝的引导下形成了长度达120 cm的定向平直裂纹。该试验验证了多点锥形罩聚能装药应用于岩石控界切割技术的有效性,可应用于精细化要求的边界控制爆破。     

线性无罩聚能装药的破岩机理

线性聚能装药用于控制爆破,有利于在介质内形成定向裂缝。与一般不偶合装药爆破方法相比,可以减少钻孔工作量,提高破岩效果。本文主要讨论线性无罩聚能装药的破岩作用。在光面爆破和预裂爆破时,如果采用线性无罩聚能装药,炮孔间距可适当加大。炮孔间距的增加与聚能效果成正比。     

药型罩与炸药间距对聚能装药能量输出的影响

为了满足反恐行动中破门破障类爆破器材威力可调节的要求,解决现有设计及方案无法根据目标快速调整的问题,提出通过调节药型罩与炸药间空气距离的方式对聚能装药威力进行快速调节的方案。利用数值仿真及理论验证的方法,对两种锥角结构且不同药、罩间距状态下的聚能装药能量输出进行了计算及理论分析。结果表明,随着聚能装药结构中药型罩与炸药间距的增加,射流的侵彻深度明显降低。当间距高度大于0.5D(D为装药直径)时,侵彻深度降低至原始侵彻深度的20%以下。该方案可以稳定地调节聚能装药的威力,为工程设计人员提供方案支持。     

炸高对侵彻效应影响试验和数值模拟研究

为了研究炸高因素对聚能装药侵彻深度影响,文章建立了柱锥结合罩型聚能装药侵彻靶板仿真计算模型,研究了不同炸高条件下射流侵彻45#钢靶板的作用过程,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,试验与数值模拟结果较吻合;柱锥结合罩型聚能装药的有利炸高与装药直径之比为1.4～1.8,最大破甲深度约为装药直径的4.6倍。     

大开孔聚能装药威力性能研究

为了实现聚能装药大开孔威力要求,针对典型钢靶和混凝土目标,对3种不同结构的聚能装药展开研究。数值模拟研究了紫铜、钛合金、铝/钛3种球缺罩的杆式射流成型、开孔及侵彻威力性能;通过静破甲试验对不同结构聚能装药开孔及侵彻威力进行测试和分析。数值模拟结果表明:内/外罩材料为铝/钛时,开孔威力较钛合金罩、紫铜罩有明显提高,其侵彻威力较钛合金罩有所提高,紫铜罩的开孔威力相对最差。静破甲试验结果表明:铝/钛复合杆式射流对45#钢靶及C35钢筋混凝土的开孔孔径较钛合金、紫铜杆式射流有明显提高,其主要原因是低熔点钛、铝的高温气化效应及与靶板介质在熔融状态下发生脆性化学反应,导致靶板抗侵彻强度降低。     

聚能爆破在隧道开挖成型控制中的仿真试验研究

为了提高水平岩层隧道光面爆破效果,减少隧道爆破开挖超欠挖量,提高施工速度和减少工程投资,以段家坪隧道为例,采用数值模拟和现场试验对聚能爆破在隧道开挖成型控制中的作用进行研究。数值模拟结果表明,聚能结构一侧上的围岩节点振动速度和单元应力均大于非聚能结构一侧。现场聚能爆破试验表明,周边眼聚能装药结构能够更好地控制水平砂泥岩地层隧道爆破成型,大部分超挖量控制在15 cm以内,最大超挖量减少了78.9%。     

圆形罩线形聚能装药的理论研究

利用流体对刚性壁面斜冲击的研究方法 ,对一端起爆的圆形罩线形聚能装药进行了分析。参照经典射流理论 ,对楔形和圆形罩两种线形聚能装药在射流形成的机理上作了对比。对比结果表明 ,楔形和圆形罩线形聚能装药两者各有优劣。此外 ,通过试验 ,对两种药形罩的切割效果进行了比较。从试验结果可以看到 ,在本研究确定的试验条件下 ,圆形罩优于楔形罩。     

圆形罩线形聚能装药的理论研究

利用流体对刚性壁面斜冲击的研究方法 ,对一端起爆的圆形罩线形聚能装药进行了分析。参照经典射流理论 ,对楔形和圆形罩两种线形聚能装药在射流形成的机理上作了对比。对比结果表明 ,楔形和圆形罩线形聚能装药两者各有优劣。此外 ,通过试验 ,对两种药形罩的切割效果进行了比较。从试验结果可以看到 ,在本研究确定的试验条件下 ,圆形罩优于楔形罩。     

线性聚能切割器切割钢索的试验研究及数值模拟

基于经典射流成型理论计算基础设计了线性聚能装药切割器,利用铜质药型罩切割器对100mm直径的桥梁钢索进行了切割试验,并利用LS-DYNA对线性聚能射流侵彻钢索进行了数值模拟。试验与数值模拟均表明,利用线性聚能切割器切割钢索进行定向爆破拆除是可行的。     

LSC射流成型的X光试验与三维数值模拟

为了获得单角度楔形罩线型聚能装药的射流成型特点和规律,利用ANSYS/LS-DYNA建立了三维全尺寸装药模型,并对其进行了数值模拟,采用脉冲X射线摄影仪对药型罩材料的运动过程进行摄影,并对两者进行了对比研究.结果表明,数值模拟获得的不同起爆点位置条件下各时刻的射流横断面和正面形状与脉冲X射线摄影试验获得的基本一致,不同时刻射流头部距罩底部的距离误差和射流头尾之间的距离误差分别在7.2％和24.3％以内.因此,该三维数值计算模型可以用来模拟实际的切割器,获得的射流成型特点和规律能够较好地反映实际的射流成型过程,为研究线性聚能装药的射流成型机理提供参考.