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。     

爆破荷载作用下隧道围岩裂隙范围计算方法研究

爆破荷载下隧道围岩产生的裂隙为岩溶发育和地下水运动创造了良好的条件.为了研究爆破荷载作用下隧道围岩的损伤裂隙范围,在考虑中主应力和环向拉应力的影响下,分别基于统一强度准则和摩尔库伦强度准则得到了两种粉碎区的计算方法,并且计算了破裂Ⅰ区和破裂Ⅱ区的范围.最后开展了现场试验和探测,按本文计算方法计算了现场隧道粉碎区和裂隙区...     

水介质不耦合装药爆破岩石破坏范围的研究和应用

根据水中爆炸理论和爆炸应力波理论,探讨了水介质不耦合装药爆破孔壁初始冲击压力和岩石内的动态应力分布,并以强度理论求算出了炮孔周围岩石中粉碎圈和裂隙圈的范围。在某立井掘进爆破中依据炮孔周围裂隙圈半径理论计算的结果进行掏槽炮孔布置参数设计,从工程实践上进一步验证了炮孔水介质不耦合装药爆破时岩石破坏作用范围理论分析的正确性。     

低渗煤层预裂爆破裂纹扩展规律数值模拟研究

针对低透气性煤层实施深孔预裂爆破过程中爆炸应力波和爆生气体作用下裂纹扩展范围和规律现场难以测量的问题,采用理论和数值模拟相结合的方法,对低渗透煤层进行单孔和双孔预裂爆破数值模拟,得到了不同爆破参数下应力、压力和单位质量塑性功等物理量动态变化规律和裂纹扩展范围,分析了深孔预裂爆破裂纹扩展规律和煤体在高温高压爆生气体及应力波作用下破坏区域的演化规律。炸药在煤体内爆炸的瞬间,产生的压力远大于煤体所能承受的动态抗压强度,煤体被破坏形成爆破空腔,当爆炸冲击波在孔壁上产生初始径向裂隙后,爆生气体楔入裂隙中使其继续扩展,在煤体内形成粉碎区、裂隙区、震动区,揭示了煤层在爆炸应力波和爆生气体作用下的损伤断裂机理。     

高地应力下硬岩爆破破岩特性及能量分布研究

为研究高地应力下爆破荷载和动态卸载效应对破岩效果和损伤破坏范围的影响,在理论上分析了在爆破荷载和动态卸载作用下裂隙区和弹性区岩石应力分布和破裂特征。基于断裂力学和可释放应变能的岩石损伤破坏准则计算了岩石破碎块度d和岩石损伤破坏范围Rd。计算结果表明,当初始地应力达到50 MPa以上,炮孔半径为42 mm,2号岩石改性铵油炸药耦合装药起爆后原岩中积聚的弹性应变能释放后可以达到裂隙区破碎能的16%以上。高地应力卸载后在爆腔腔壁将产生一个径向拉应力,在裂隙区边缘拉应力为2 MPa,最大拉伸位移为0.24 mm,在弹性区由于卸载径向拉伸应力的作用促使其聚积的应变能沿径向释放,使弹性区形成新的损伤破坏,损伤破坏区厚度为0.03 m。随着爆腔半径和裂隙区半径的增大,动态卸载释放的能量和损伤破坏区的厚度也将随之增大。     

岩石内爆炸应力波破裂区半径的计算

在计算爆炸应力波作用下裂隙区的扩展半径时，通常忽略冲击波的作用，这给计算带来较大误差。针对此，本文从理论上提出了新的计算方法．同时也给出了人们一直忽视的岩石中应力波压坏区范围的计算公式。     

初应力条件下超临界CO_2气爆致裂规律模拟研究

考虑到超临界CO_2气爆技术应用环境多受到初始地应力作用,利用自主研发的超临界CO_2气爆发生装置,在电液伺服三轴加载平台上进行了初应力条件下超临界CO_2气爆混凝土试件实验,得到了气爆冲击压力时程曲线和不同载荷工况下试件的破坏形貌。利用JWL状态方程拟合气爆冲击压力时程曲线确定的参数计算气爆过程中超临界CO_2的相变过程,通过开发程序将材料拉伸和压缩硬化引入Johnson-Cook模型,联合使用SPH和FEM对不同初应力条件下超临界CO_2气爆致裂过程进行了模拟计算,实验和数值模拟一致表明:超临界CO_2气爆后试件形成粉碎区和裂隙区,粉碎区是由气爆冲击波将气爆孔附近介质压碎形成的,初应力对粉碎区的形状和范围影响不大;裂隙区主要是由爆生气体的气楔作用形成的,且主裂隙方向与最大初始压应力方向一致,初应力对垂直于自身方向裂隙的扩展具有抑制作用;随着初始压应力的增大,相同爆破条件下裂隙生成条数和裂隙扩展的总长度都降低。计算结果与实验结果的一致性表明改进后的JC模型适用于超临界CO_2气爆的模拟。     

爆破荷载作用下隧道围岩损伤范围

爆破荷载作用下岩体不可避免的会产生损伤,为了得到爆破荷载作用下岩体的损伤范围,根据应力波动作用和爆生气体的准静态作用,结合岩石破坏准则,对岩体在爆破荷载作用下的损伤范围进行了研究,得到了两者共同作用下岩体损伤范围的理论计算公式。结合福平铁路新鼓山隧道爆破掘进施工,对隧道周围岩体的爆破损伤范围进行了计算。结果表明,理论公式的计算值与现场实测值较为接近,验证了理论计算公式的合理性。对实际工程具有一定的指导意义。     

爆破荷载作用下隧道围岩损伤范围

爆破荷载作用下岩体不可避免的会产生损伤,为了得到爆破荷载作用下岩体的损伤范围,根据应力波动作用和爆生气体的准静态作用,结合岩石破坏准则,对岩体在爆破荷载作用下的损伤范围进行了研究,得到了两者共同作用下岩体损伤范围的理论计算公式。结合福平铁路新鼓山隧道爆破掘进施工,对隧道周围岩体的爆破损伤范围进行了计算。结果表明,理论公式的计算值与现场实测值较为接近,验证了理论计算公式的合理性。对实际工程具有一定的指导意义。     

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。     

对强岩爆隧道进行分区爆破卸压的设计方法

为了研究强岩爆隧道爆破卸压方案及参数设计方法,基于深部岩体分区破裂化现象及高围压爆破破碎机理,提出分区爆破逐级释压的应力主动控制技术,通过理论计算得出高地应力条件下破裂区半径的计算公式,根据分区破裂半径的统计规律确定应力释放部位,并形成分区爆破卸压参数的系统化设计方法。数值模拟结果表明:隧道开挖轮廓线的岩爆判别系数均有不同程度的减小,岩爆发生的可能性大大降低,应力集中部位向爆破卸压破碎区转移。基于分区破裂化原理对爆破卸压参数设计的系统研究,对高地应力隧道采用爆破卸压防治岩爆的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

岩石深孔梯段爆破侧向破裂范围计算分析探讨

根据爆炸气体等熵膨胀理论和应力波传播理论,推导了孔壁压力计算公式,以及由应力波传播和爆炸气体引起应力状态的计算公式.同时根据现场实际资料,进行了混装乳化炸药在岩石深孔梯段爆破中的侧向破裂范围的实际计算,计算结果对实际工程有一定的参考应用价值.     

地应力对岩石爆破开裂及爆炸地震波的影响研究

深部岩体爆破开挖是高地应力和炸药爆炸产生的动应力共同作用的结果。采用SPH-FEM耦合数值模拟方法,研究了地应力场对岩石爆破开裂及开裂区外地震波能量的影响。结果表明:随着地应力水平的提高,岩石爆破破碎区的范围缩小、裂纹扩展速度降低,非静水地应力场中破碎区内裂纹主要沿最大主应力方向扩展,但地应力对爆破粉碎区的形成几乎没有影响;地应力作用下爆破开裂区形态改变影响了爆炸地震波的能量及传播特性,随着地应力的增大,更多的炸药爆炸能转化为地震波能量,产生的高频地震波随距离衰减更快,且小主应力方向上的爆炸地震波能量更大。研究成果可为深部岩体爆破优化设计提供理论参考。     

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。     

层理面对水压爆破应力波传播规律的影响

水压爆破应力波的传播过程决定了爆破的作用效果及影响范围,层状岩体中的层理面特征对水压爆破应力波的传播路径及衰减具有直接影响.为明确水压爆破应力波在层状岩体内的传播规律及影响因素,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了层理面位置及其介质属性对水压爆破应力波传播的影响规律.结果表明:水压爆破相对于常规爆破产生的初始应力...     

爆破开挖对岩质高边坡稳定性的影响分析

以某采石厂矿石爆破开挖形成高边坡为例,采用ABAQUS有限元软件对爆炸荷载引起的岩石振动效应进行模拟研究,得到了岩质高边坡在爆破作用下的位移规律和质点振动衰减规律。分析了开挖扰动下地应力释放和爆炸应力波耦合作用下的边坡应力状态与边坡稳定性。结果表明:爆破振动产生的应力为静力开挖的9倍,振动造成局部岩体裂隙发育,是边坡出现塑性变形的主要原因;最大位移出现在边坡的中下部,质点振动的最大速度为59.2 cm/s。最后通过对边坡应力状态、塑性区的发展、位移变化以及质点的运动速度四个方面对边坡的稳定状态进行了综合评价,并今后指导施工提供一定依据。     

微风化花岗岩多向聚能爆破破岩试验研究

为解决常规装药爆破能量利用率低的问题,设计了一种可以改变能量分配的新型多向聚能管药柱。以某高速公路岩质边坡为对象,通过3组现场爆破试验,获得了多向聚能爆破和常规爆破下微风化花岗岩的裂纹分布、残孔特征以及炸药单耗等参数,对比分析了两种爆破工艺的爆破效果及破岩规律。结果表明:新型多向聚能爆破药柱能在指定方向上产生定向裂纹,增大岩石致裂范围,提高炸药能量在岩石破裂上的分配比例。相比常规爆破,多向聚能爆破炮孔利用率提高了18%,炸药单耗降低了32.5%,岩渣平均块度增大了28%,粉碎区的范围缩小了25.1%,宏观致裂范围扩大了33.3%,证明了多向聚能爆破在破岩效率上要优于常规爆破。