台阶爆破岩石破碎楔块理论及数值模拟研究

在逐排或齐发爆破情况下,一般没有考虑岩石在单个炮孔爆破后产生的空间破碎形态问题。岩石在爆炸作用下产生的空间破碎形态主要受岩石性质,自由面状况、炸药性能等因素影响。逐孔起爆改变了岩石的自由面状况,进而对爆破效果产生了较大的影响。根据露天台阶爆破逐孔起爆条件下岩石动态破碎特征,提出了露天台阶爆破岩石破碎楔块理论,分析了逐孔起爆条件下,体积公式计算炮孔装药量的局限。采用有限元软件ABAQUS/EXPLICT中的CEL方式加载爆炸载荷,并结合混凝土塑性损伤本构(CDP)建立了双坡面三维台阶爆破模型,得到了不同时刻岩体内应力分布云图和裂纹扩展以及损伤演化情况。模拟结果表明:岩石爆破破碎楔块理论更加接近逐孔起爆条件岩石破碎状况,并有利于炮孔装药量计算。     

延时时间对岩石爆破效果影响的探讨

为了研究延时时间对岩石爆破效果的影响,通过制作混凝土砂浆材料延时爆破实验模型,对不同延时时间下岩石爆破裂纹扩展进行了研究,并利用超动态应变仪对不同测点的应变大小进行了分析.结果表明:与同时起爆相比,逐排延时起爆的后排炮孔(炮孔2、4)在垂直自由面方向裂纹扩展的更加充分;炮孔沿着最小抵抗线方向,微秒延时(100、300、...     

珊瑚礁灰岩水下钻孔爆破破裂特征试验研究

在海洋的开发建设过程中,往往涉及到水下珊瑚礁岩的爆破开挖.为研究珊瑚礁灰岩水下钻孔爆破的破裂特征,选用4种类型的珊瑚礁灰岩模拟了3种水深情况下的单孔爆破试验,分析了不同水深条件下礁灰岩试样炮孔附近的破坏、径向裂纹和块度分布.结果表明:礁灰岩炮孔周围破坏情况与岩石强度有关,珊瑚灰岩和珊瑚砾块灰岩试样炮孔周围观察不到明显的破坏现象,生物砂砾块灰岩炮孔周围表面能观察到明显的崩落;爆破后试件表观裂纹的数量和宽度会随着水压的增加而减少;天然裂隙的存在会导致爆炸应力波的传播路径和作用方式发生改变从而阻断裂隙的扩展;水下珊瑚砾屑灰岩爆破的大块率会随着水深的增加而增加,且块度分布符合swebrec分布函数.     

全断面开挖爆破产生的自由面对振动频率的影响研究

通过对爆破试验中处于不同自由面条件下的炮孔爆破产生的振动信号进行频谱分析,并结合爆破振动数值模拟,研究了地下洞室全断面毫秒延迟爆破过程中产生的自由面对振动频率的影响机理及变化规律。结果表明：爆炸荷载产生的压应力波传播至自由面时发生反射,反射稀疏波与原应力波叠加致使远区荷载压力的上升时间和持续作用时间变短,造成荷载的频率变大,从而导致有自由面条件下其振动频率增大、高频振动能量占总能量的比重增加;爆源与自由面之间的距离越小,爆破振动频率越高;从振动频率的角度来看,较好的自由面条件可以减小爆破振动对结构的破坏。试验监测结果验证了分析结论的可靠性。     

露天台阶三角形布孔斜线起爆技术

对于周围环境复杂的难爆岩体，采用三角形布孔斜线起爆时，适用用台阶爆破漏斗试验法，根据等阻力自由面原理确定炮孔布置参数。同时炮孔堵塞长度控制在２０倍孔径和采用较小的排间微差间隔时间不使爆破块度均匀而且大块少，根底少，后冲小，延米爆破量较大，对周围环境无危害。     

单自由面垂直炮孔爆破残孔长度研究

在分析单自由垂直炮孔装药爆破作用特性的基础上,探讨了残孔形成的机理,进行了单自由面垂直炮孔装药的爆破漏斗模型试验。研究结果表明：由于炮孔深部岩石的夹制作用,炮孔装药爆破后易产生一定量的残孔,而采用孔内装药分段微差爆破则能减少残孔长度,提高爆破效率。     

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。     

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。     

人工裂隙对爆炸裂纹扩展影响的试验研究

为研究与炮孔不同距离节理裂隙对爆炸裂纹扩展的影响机制,以有机玻璃薄板为介质,加工与炮孔距离为L(20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm)的人工裂隙进行爆炸实验。试验表明:人工裂隙能够有效阻隔爆炸裂纹的扩展;L为20 mm和30 mm时,人工裂隙右端边界能够产生翼裂纹,其起裂角和止裂角度分别为135°和45°,裂纹扩展路径和长度相近;人工裂隙能够有效阻隔爆炸裂纹和模型能够产生爆炸空腔的临界值介于50~60 mm之间。研究结果可为节理岩体控制爆破设计及爆破参数优化等提供理论依据。     

边帮控制爆破裂纹扩展模拟及参数优化

在大直径深孔边帮控制爆破过程中,为降低爆破后冲破坏作用、提高边帮控制效果以及破岩效果,在采用逐孔延时起爆的前提下,需要选取合理的爆破参数。采用ANSYS/LS-DYNA对不同径向不耦合系数的单孔爆破方案进行数值模拟研究,其中炮孔直径为165 mm,抵抗线为2.0 m,通过统计分析裂纹体积发现,不耦合系数为1.65时爆破效果最好,保护区爆生裂纹体积少(0.017 m~3),开挖区爆生裂纹体积较多(0.085 m~3),炸药破岩(开挖区)的能量利用率最高。基于1.65的径向不耦合系数,对不同边孔间距的双孔爆破方案进行模拟分析,综合考虑原自由面、先爆孔提供的新自由面以及后爆孔破损等因素,从边帮控制效果、开挖区破岩效果的角度对不同方案进行探究分析,发现边孔间距为2.0 m、2.5 m时,孔间能够形成良好的贯穿裂隙且破岩效果好。结合数值模拟分析结果在现场做了部分试验,得出不耦合系数为1.65、边孔间距为2.0 m时边帮平整且爆后临空面炮孔完整性好。     

页岩爆破最佳炮孔布置方式试验研究

为探索页岩爆破的最佳炮孔布置方式,针对页岩的层理特性,在湖北某页岩矿山开采现场设计试验进行研究。选取钻孔效率及爆破后矿岩的平均块度、大块率、块度均匀性等作为评价指标。在相同的爆破参数下,当炮孔及临空面与层理成不同角度时,采用记录钻孔耗时的方法分析比较钻孔施工的难易程度;采用数字图片块度分析软件Split-Desktop处理爆堆照片的方法分析比较爆破效果的差异。试验结果表明:页岩爆破的最佳炮孔布置方式为炮孔与层理垂直,临空面与层理平行。     

爆炸载荷下空孔及其缺陷对裂纹扩展影响机理研究

空孔在岩石爆破中的作用越来越受到重视,为研究岩石爆破中空孔及其缺陷对裂纹的影响,以PMMA代替岩石材料,利用动态焦散线系统重点研究空孔及其背爆侧缺陷对裂纹扩展的影响。在预制裂纹长度及其与炮孔间距不变的条件下,空孔直径为10 mm,20 mm和30 mm时,裂纹扩展长度分别为1.46 cm,2.13 cm和5.29 cm;裂纹扩展速度分别为266.64 m/s,366.63 m/s和466.64 m/s;应力强度因子分别为0.89,1.11和1.34;即随着空孔直径的增大,背爆侧预制裂纹扩展越容易。通过建立力学模型解释其机理,空孔直径加大了应力波的反射范围,增强了空孔边界处岩体单元的受力强度,导致裂纹的产生和发展。一定范围内空孔直径大小条件下,空孔反射应力波产生的合力方向对背爆侧裂纹扩展产生影响,主要表现为应力波的强度的水平分力方向与裂纹扩展方向的关系,当两者方向相同时对裂纹扩展起到促进作用,裂纹扩展越长;当两者方向相反时,起到抑制作用,裂纹扩展越短。     

主动围压下岩石爆炸动态响应数值模拟

针对深部岩石在爆破作用下的失效机理和破坏过程,基于ANSYS/LSDYNA软件,在水平方向和竖直方向进行围压约束来模拟岩石受到的地应力作用。选取单向围压、等值双向围压和非等值双向围压对中心孔爆破下岩石动态响应进行研究。将数值模拟结果与模型实验结果对比,分析爆炸应力波的传播过程,并讨论了不同围压约束对爆炸后裂纹扩展的影响。结果表明,初始围压作用对爆炸应力波的传播影响较小;初始围压会抑制爆破裂纹扩张;竖直方向围压主要抑制水平方向裂纹扩张,水平方向围压主要抑制竖直方向裂纹扩张。     

主动围压下岩石爆炸动态响应数值模拟

针对深部岩石在爆破作用下的失效机理和破坏过程,基于ANSYS/LSDYNA软件,在水平方向和竖直方向进行围压约束来模拟岩石受到的地应力作用。选取单向围压、等值双向围压和非等值双向围压对中心孔爆破下岩石动态响应进行研究。将数值模拟结果与模型实验结果对比,分析爆炸应力波的传播过程,并讨论了不同围压约束对爆炸后裂纹扩展的影响。结果表明,初始围压作用对爆炸应力波的传播影响较小;初始围压会抑制爆破裂纹扩张;竖直方向围压主要抑制水平方向裂纹扩张,水平方向围压主要抑制竖直方向裂纹扩张。     

地应力条件下的凿岩爆破数值模拟

为了研究地应力对凿岩爆破的影响,采用DDA方法模拟爆炸应力波作用下考虑地应力条件时的单孔和多孔凿岩爆破破岩过程。模拟发现,随着初始地应力水平的增加,裂纹扩展半径和破岩区域面积减小,裂纹发育主方向趋于地应力的最大主应力方向,初始地应力对裂纹的抑制和引导作用明显;初始地应力水平的增加,对拉伸裂纹的抑制作用更为显著,从而降低了拉伸破坏对爆破破岩的贡献。模拟也表明,在初始地应力存在的条件下,通过对爆破载荷和炮孔布置进行针对性的优化,可以克服地应力带来的影响,并取得预期的爆破效果。本研究对地应力条件下的凿岩爆破工程具有理论和参考意义。     

地应力条件下的凿岩爆破数值模拟

为了研究地应力对凿岩爆破的影响,采用DDA方法模拟爆炸应力波作用下考虑地应力条件时的单孔和多孔凿岩爆破破岩过程。模拟发现,随着初始地应力水平的增加,裂纹扩展半径和破岩区域面积减小,裂纹发育主方向趋于地应力的最大主应力方向,初始地应力对裂纹的抑制和引导作用明显;初始地应力水平的增加,对拉伸裂纹的抑制作用更为显著,从而降低了拉伸破坏对爆破破岩的贡献。模拟也表明,在初始地应力存在的条件下,通过对爆破载荷和炮孔布置进行针对性的优化,可以克服地应力带来的影响,并取得预期的爆破效果。本研究对地应力条件下的凿岩爆破工程具有理论和参考意义。     

不同装药结构水压爆破应变场变化的模型试验研究

随着水压爆破的广泛应用，对水压爆破的应变场变化的研究也越来越深入，为对比水、空气2种介质爆炸时应变场的变化，利用水泥砂浆模型试块，建立高速三维数字图像相关试验系统，分析了孔口装空气、孔口装水、孔底装水、孔口孔底装水装药结构爆炸时的应变场分布特征。研究结果表明：孔口孔底装水结构炮孔无论在轴向、横向引起的应变场范围、高应变区间均显著大于其他2种水袋结构炮孔，而无水炮孔应变区范围是最小的；除了在孔口起爆点附近区间，孔底装水结构与孔口孔底装水结构最先到达高应变区、峰值主应变相近外，在相同时刻孔口孔底装水结构在炮孔中部、底部的主应变值均大于其他3种炮孔结构；孔口孔底装水结构爆破时裂纹扩展峰值速度达599.7 m/s,约是孔口空气结构的1.6倍；越靠近试块表面中部位置，主应变越大，扩展速度也越快；对比证明了水压爆破相较于以空气为介质爆破时裂纹产生的时间更早、扩展更快速、致裂效果更好，可为类似工程爆破中提供借鉴和参考。     

爆破载荷作用下控制孔增透作用机理试验研究

为了研究爆破载荷作用下控制孔增透作用机理,在实验室搭建爆破模拟试验系统,设计了有控制孔和无控制孔两种不同的模型试件,以煤体工程分类为依据结合构造煤物理力学特性利用相似材料配比加工制备尺寸为300 mm×300 mm×300 mm的两种模型试样进行爆破模拟试验。利用高速摄像仪记录试样完整的裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏的全过程,采用超动态应变仪监测煤岩层的应变信号,利用网络并行电法仪CT反演爆破前后模型试件电阻率的变化,分析两种模型试件在爆破载荷作用下裂纹扩展、动态力学和电性参数特性,进一步揭示了控制孔在深孔控制爆破卸压增透中的作用。结果表明,爆破载荷在固定端("硬"材料)产生反射压缩波,在控制孔全部反射成拉伸波;爆破试样在冲击波、应力波、爆生气体的共同作用下产生两段主要波形,测点径向应变峰值与切向应变峰值相近;爆破前后煤岩电阻率产生异常变化,前后的平均异常系数为6~9。研究成果可用于现场工程实践中利用深孔控制爆破技术卸压增透防治煤与瓦斯突出等瓦斯灾害。     

三向应力状态下混凝土强度和变形特性研究

对设计强度为１０MPa的混凝土立方体试件进行三轴压缩试验,系统研究了等围压条件下混凝土的强 度和变形特性,围压分别为０,４,８,１２,１６MPa５个量级;同时研究了不等围压条件下混凝土强度变化特性, 试验表明,随着围压增加,混凝土的极限抗压强度有明显增强的趋势;随着小主应力的增加,中主应力的影响 有减弱的趋势;峰值应力处应变随围压增加幅度显著。得出了在不同恒定围压下混凝土的应力应变全过程曲线; 通过与当前文献资料的对比分析,指出了在混凝土结构计算中适用的强度及变形表达式,为工程实践提供了 依据。