隧道聚能水压爆破新技术研究

根据聚能水压光面爆破技术原理、聚能装置装药和装填技术的要点,并结合隧道掘进工程实践进行现场写实记录,提高了炸药能量利用率、施工进度及经济效益,通过对聚能水压光面爆破这一施工方法进行讨论,探讨了其在隧道施工当中的应用。     

紫金山金铜矿地采矿房一步回采降低单耗技术措施

控制矿岩爆破装药单耗是矿山生产中的一项重要内容。本文通过对紫金山金铜矿地下采场生产现状进行分析,结合炸药破岩理论,对现有爆破方案进行优化。通过理论研究和公式推导,得出不改变现有炮孔直径和药卷直径,采用轴向空气间隔装药结构可以降低爆破单耗,并通过数值模拟验证优化后的装药结构破岩效果可达到预期。     

复杂地应力条件下聚能装药侵彻深部砂岩穿透深度研究

针对深部砂岩承受着复杂高地应力的特点,探讨复杂地应力对聚能装药侵彻砂岩穿深的影响机制,提出复杂地应力条件下的穿深预测公式。基于砂岩的本构模型以及ALE算法,利用数值计算方法对聚能装药侵彻砂岩的穿深进行研究,探讨复杂地应力对射孔过程中孔洞形状以及砂岩材料能量的影响,进而对理论计算、数值分析及实验结果进行对比分析。研究结果表明,地应力对聚能装药侵彻砂岩穿透深度有显著的影响,垂直于射孔方向的地应力对穿透深度的影响显著大于平行于射孔方向的地应力。垂直于射孔方向的地应力越大,穿透深度越小,射孔孔径越大,砂岩吸收弹性应变能的能力越强。数值计算方法和理论公式可以用来模拟聚能装药侵彻砂岩过程及预测复杂地应力条件下的穿透深度。     

水耦合装药爆破破岩机理的数值模拟研究

根据爆轰动力学和弹性波理论,分析了推算出水耦合装药爆破炮孔周围岩石中粉碎区和裂隙区半径,并用工程计算实例和ANSYS／LS—DANA数值模拟方法分析了装药不耦合系数对岩石破坏范围的影响。提出了炮孔水耦合炸药爆破在岩石中形成粉碎区时不耦合系数的计算方法,为光面爆破、预裂爆破装药结构参数的确定提供理论依据。     

炮孔不同装药结构对爆破能量影响的理论探讨

波从一种介质向另一种介质传播时，由于波阻抗不同，将在界面处发生折射和反射，波所传递的能量也会随之发生相应变化，随反射波反射到原介质中的能量称为反射能量，随折射波折射到另一介质中的能量称为折射能量。首先，根据波的界面折射和反射理论，分析爆炸能量的折射和反向规律，建立爆炸能量折射率和反射率的计算公式以及岩石和炸药的最佳阻抗匹配关系；然后，据此探讨不同炮孔装药结构（耦合装药、空气不耦合装药、水不耦合装药）对爆炸能量传递的影响，以期提出适用于不同爆破要求的合理装药方式。     

中深孔爆破分层装药分层填塞研究

以两个装药层为例阐述中深孔爆破中分层装药分层填塞的基本原理以及炸药单耗对分层装药结构和爆岩块度的影响,并借助爆炸应力波理论和爆生气体膨胀理论分析合理进行分层装药分层填塞对于中深孔控制松动爆破爆炸效果的影响。分层装药分层填塞技术在大窑湾二期工程采场的实际应用表明:进行合理的分层填塞分层装药能够改善装药结构、提高炸药能量利用率、获得理想的破碎块度,同时也表明中深孔爆破中分层填塞应充分考虑各层炸药单耗这一原则应用的合理性。此原则对药包布置、改善能量分布、优化爆破设计、提高爆破质量有一定的指导意义。     

空气不耦合装药爆炸应力场的理论与试验研究

空气间隔不耦合装药结构已在光面爆破中得到广泛采用。实践证明,随着不耦合系数的增大,炮孔附近的破碎区迅速减小。可减弱炸药对炮孔壁上的压力,同时减小使岩石过粉碎的能量,使炸药爆炸的能量得到充分利用。它还具有一定的贮能作用,将炸药爆炸的一部分能量转化为势能和动能,最后以静压的形式释放出来,进一步加强了静压对岩石的破坏作用。本文通过对空气不耦合装药条件下应力场的衰减规律及孔壁初始冲击压力等理论分析,并结合实验室模型试验得出了应力峰值的变化与不耦合系数的函数关系。     

基于数值实验的岩石试样最佳长径比研究

 通过颗粒流虚拟实现岩石单轴和三轴压缩试验,对不同设计长径比0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.0的岩石试样进行不同围压下的数值压缩试验,分析长径比和围压对岩石试样破坏过程、破坏形态、应力–应变曲线和破坏过程中能量转移的影响。分析结果表明：利用力学指标研究岩石最佳长径比的试验数据离散性较大;利用能量研究最佳长径比,则试验数据离散性小。相对于力学指标研究方法,能量法的试验结果规律稳定。基于此研究认为,岩石试样的最佳长径比为3.0。     

钱家山水泥矿山爆破装药结构优化的研究

针对大部分水泥矿山爆破使用连续装药结构存在的问题,在钱家山矿山采用空气间隔装药结构进行爆破实践,降低了大块率及单耗,充分利用了炸药能量,并降低了爆破震动,取得良好的预期效果,改善了爆破质量。     

不同围压下的椭圆双极线性聚能管聚能爆破数值模拟

聚能爆破在爆破工程领域应用越来越广泛,而隧道开挖及矿山开采过程中常遇到岩体处于复杂地应力场的情况,给爆破作业带来干扰。针对这一特点,基于ANSYS/LS-DYNA软件,建立椭圆双极性聚能装药结构数值模型,通过施加水平向和竖直向的围压模拟岩体所处的复杂应力场,首先分析无围压加载下聚能爆破的裂纹扩展规律,然后计算单向围压、等值双向围压、不等值双向围压对聚能爆破裂纹扩展以及对爆破应力波传播的影响。结果表明：椭圆双极性聚能装药结构将爆破后的能量主要集中于聚能方向,在聚能方向产生主裂纹,抑制其他方向裂纹的扩展;不同围压会对聚能方向的主裂纹产生较明显的抑制作用,对粉碎区和其他方向的微小裂纹影响较小;围压几乎不会对爆破应力波的传播产生影响。     

Internal explosive loading of steel pipes

A programme of numerical, analytical and experimental studies is being carried out at the University of Liverpool on seamless steel pipes 9.5 mm thick with an outer diameter of 324 mm which have been subjected to internal explosive loading. The objective of the study, which is sponsored by AWE plc, Aldermaston, is to determine the failure mechanism of such a pipe under a very high rate of loading. The loading imparted to a vessel wall, arising from the detonation of a high explosive is sensitive to the charge shape. Numerical simulations have shown that for the same charge weight, a cylinder-shaped charge, of equal diameter and length, produces more deformation than the equivalent sphere. A Johnson–Cook strength model in the numerical simulation is in good agreement with test data.     

相邻洞室爆破施工对已有洞室的影响

 爆破施工振动对邻近已有洞室的影响及其控制是隧洞工程中的关键技术问题。新建隧洞在与已有隧洞间距比较小的情况下进行爆破开挖,爆破开挖产生的爆破波会危及已有隧洞围岩和衬砌结构的安全与稳定性。结合锦屏一级水电站左岸洞群工程施工爆破的相互影响分析课题,应用动力有限元数值模拟,研究不同的围岩类别、洞室间距、岩体阻尼比、单响药量情况下爆破振动对邻近已有洞室围岩和衬砌结构的影响问题。根据洞壁振动速度允许值与隧洞衬砌在邻近爆破振动波作用下的动拉应力值,得出施工爆破洞室的最小间距及单响药量控制：III类围岩、洞间距为(1.5～2.0)D时,单响药量应控制在15 kg以内;IV类围岩、洞间距为(1.5～2.0)D时,单响药量应控制在12 kg以内;V类围岩、洞间距为(1.0～1.5)D时,单响药量应控制在10 kg以内。研究结果为实际工程的施工和设计提供了参考和依据。     

爆炸荷载下大口径管道破坏作用的数值模拟

以大口径管道为研究对象,利用非线性动力分析有限元程序ANSYS/LS-DYNA,适当选取材料的本构关系,很好地模拟了管道在爆炸荷载作用下管道的破坏变形情况,分析了炸药药量、爆心距、管道壁厚等因素对管道破坏作用的影响。结果表明,采用数值模拟方法对研究爆炸荷载下管道破坏作用的影响因素是可行的,其模拟结果对管道防护具有一定的参考价值。     

钉形双向水泥土搅拌桩单桩承载特性研究

作为一种新型的软土地基处理方法,钉形双向水泥土搅拌桩的单桩承载特性异于常规双向搅拌桩。在现场载荷试验的基础上,通过数值模拟分析了钉形搅拌桩单桩承载特性。结果表明:钉形搅拌桩单桩承载性能受扩大头高度和上、下桩径比等设计参数影响,单桩极限承载力随着扩大头高度和上、下桩径比的增加而增大,但增长速度逐渐变缓,存在着最佳扩大头高度和最佳桩径比。并引用单桩极限承载力提高系数和单桩水泥用量增加系数两个指标从经济角度验证了最佳值的存在,得到最佳扩大头高度为1 m,最佳桩径比为2。最后,通过理论分析,基于单桩三种破坏模式给出了钉形双向水泥土搅拌桩单桩极限承载力计算方法,试算结果与实测值偏差在10%左右,较为可靠。     

起爆方式对条形药包爆炸应力场的影响分析

爆炸应力场分析是条形药包爆破作用机理研究的一个基本问题。爆轰波沿装药轴线方向的传播是影响条形药包爆炸应力场特征的重要因素。综合采用Starfield 迭加法与动力有限元法,建立条形药包爆炸应力场数值分析模型。该模型利用Starfield 迭加原理实现爆轰波沿装药轴线的传播,并采用动力有限元方法分析条形药包爆炸在介质中激发的应力场。结果表明:起爆点数量与起爆点位置对条形药包爆炸应力场有重要影响;在实际工程中,合理安排起爆点的数量及位置、缩小条形药包完成爆轰的时间有利于改善爆破效果。     

地下洞库围岩外加固抗炸弹爆炸性能研究

 为进一步提高已建地下洞库的抗爆炸性能,本文提出了对洞库围岩采用交叉锚固进行加固的方法,并通过相似模型试验对加固前后的洞库模型进行了爆炸对比试验;在采用数值模型计算验证后,利用数值模拟的方法分析了锚索参数以及围岩强度对洞库抗炸弹爆炸性能的影响。研究结果表明：在相同的爆炸荷载作用下,加固围岩洞室衬砌结构的压力峰值、加速度峰值、拱顶位移峰值及整体破坏程度均小于未加固围岩洞室,加固围岩的爆腔体积、塑性区半径均较小,岩体内裂缝较少,爆点附近岩体耗散的爆炸能量较多;加固锚索面积越大、倾角越大、间距越小、长度越大、加固围岩材料强度越高时,洞室衬砌拱顶的位移响应峰值越小,且锚索角度的影响最大,围岩强度和锚索间距的影响其次,锚索面积和锚索长度的影响较小。论文研究可为地下防护工程设计和坑道围岩加固提供参考。     

溪洛渡电站地下厂房爆破损伤范围及判据研究

通过现场爆破振动测试和数值模拟方法研究地下厂房爆破损伤范围及判据;在应用FLAC3D数值模拟软件中,损伤变量D被引入弹塑性本构模型,同时将简化的三角形荷载作为爆破冲击荷载施加在炮孔孔壁上,并根据岩石中有效应力确定爆破损伤范围。调整同时起爆炮孔数目,改变单段起爆药量,研究爆破损伤范围与单段药量的关系,结果表明:损伤深度和损伤水平半径均随单段药量的增加而增大,损伤范围随着炮孔深度增加而减小,爆破损伤最大水平半径出现在炮孔顶部面上。根据爆破近区质点速度衰减规律,并通过数据拟合得到对应于不同单段起爆药量的最大损伤水平半径和相应部位爆破质点临界损伤振动速度的关系,临界损伤振动速度可作为爆破损伤安全判据。研究成果有效地应用到实践中,对类似开挖爆破工程具有一定指导意义。     

大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防(抗)爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。