水封爆破装药结构优化数值分析及其应用

以温泉隧道为研究背景,从应力、振速变化、动态损伤以及爆后粉尘的角度对药柱上部水间隔、两端水间隔和下部水间隔三种装药结构进行模拟分析,选取最优结构用于工程施工。研究结果表明:(1)药柱底部水间隔装药结构易造成孔口围岩破碎导致爆炸气体流出,降低爆破效果;药柱上部和两端水间隔装药结构爆炸应力持续时间较长,有利于围岩破碎,其中药柱两端水间隔装药结构底部存在水介质,对孔底围岩起到保护作用;(2)采用两端水间隔装药结构能够同时降低炮孔两端围岩振速和所受应力,减少炸药能量流失,使其充分作用于围岩进行破碎,降低炸药单耗;(3)药柱上部水间隔装药结构对孔口围岩损伤最小,导致爆破后岩石块度较大;药柱底部水间隔装药结构形成的整个损伤区域最小,采用这种装药结构炸药单耗偏高;药柱两端水间隔装药结构形成的损伤区域规整,爆破后岩石块度最小;(4)三种装药结构中,下部水间隔结构爆后粉尘浓度最高,两端水间隔装药结构爆破后粉尘浓度稍高于上部水间隔装药结构,但是相差不大,而两端水间隔装药结构的爆破效果要优于上部水间隔装药。综上所述,药柱两端水间隔装药结构最优,可用于工程施工。综上所述,药柱两端水间隔装药结构最优,可用于工程施工。     

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。     

岩石材料损伤与应力波参数关系研究

为了研究应力波参数对岩石材料损伤与破坏的作用规律,采用 75 mm大直径 SHPB试验装置以不同子弹长度和不同冲击速度对岩石试件荷载,并用RSM-SY5声波仪测试岩石试件被冲击前后的纵、横波速,研究了岩石材料损伤与应力波波长和波幅的关系.结果表明:岩石在相同应力波波长下,入射波幅值、弹性模量、损伤程度及所受应力随子弹速度的增加而增加,破坏应变随着入射波幅值的增大而减小;岩石试件在相同应力波幅值下,其所受最大应力、弹性模量和损伤程度随着应力波波长的增大而增大,破坏应变随应力波波长的增加而减小,应力波波长每增加1/2,试件损伤增加0.03左右.     

裂隙围岩隧道爆破开挖断面轮廓控制研究与应用

为解决裂隙围岩隧道爆破掘进施工过程中断面轮廓控制不足、超欠挖严重的问题，以某隧道为例，通过分析掌子面爆破开挖过程中导致轮廓控制不足的主要因素，对炮孔装药结构、装药密度和光爆层厚度等进行了优化。现场爆破效果表明：采用优化后的爆破参数进行开挖，可有效控制爆破开挖断面轮廓，抑制拱顶岩体大面积离层，避免掌子面底部“根底”现象；隧道平均线性超挖量大幅降低80%,平均炮孔利用率提高至93.2%,有效降低了裂隙围岩隧道爆破开挖对围岩的损伤，改善了爆破效果。     

考虑裂隙岩体爆破损伤的装药结构研究

装药结构是改善裂隙岩体爆破效果的重要因素,结合某隧道爆破掘进工程,通过地质雷达现场岩体损伤探测及柱状装药爆破损伤理论估算,获取隧道掌子面前部裂隙岩体爆破损伤规律,并提出基于其爆破损伤规律的装药结构。雷达探测发现:隧道掌子面前部裂隙岩体受爆破开挖损伤明显,Ⅳ级岩体的裂隙区范围最大值约2.4 m,Ⅲ级岩体为1.8 m,均位于下一装药区域内,理论计算与雷达探测结果基本一致。利用获得的掌子面前方裂隙岩体的爆破损伤规律,提出了"减药非连续装药"装药结构,可减少裂隙区炮孔二分之一装药量。实践证明:该装药结构能提高爆破有效能,降低工程成本与围岩损伤。     

水不偶合装药爆破时的破岩特征

根据水中爆炸冲击波理论和流体力学理论,分析探讨了炮孔水不偶合装药爆破时孔壁初始冲击压缩作用和由其引起的岩石破坏特征,以及这种装药结构条件下的炮孔准静压力和由其引起的炮孔周围岩石中的准静态应力场。结果表明,不偶合装药系数是影响水不偶合装药爆破作用的主要因素。     

水不偶合装药爆破时的破岩特征

根据水中爆炸冲击波理论和流体力学理论,分析探讨了炮孔水不偶合装药爆破时孔壁初始冲击压缩作用和由其引起的岩石破坏特征,以及这种装药结构条件下的炮孔准静压力和由其引起的炮孔周围岩石中的准静态应力场。结果表明,不偶合装药系数是影响水不偶合装药爆破作用的主要因素。     

冲击波作用下巷道破坏规律相似模拟研究

利用爆炸加载的方式,采用相似材料模拟试验方法,借助数字散斑观测手段(DSCM),研究不同炮孔位置和装药量条件下巷道变形破坏规律。试验结果表明,微量炸药引爆后,冲击应力波以巷道方向传递为主,巷道顶板附近形成裂纹、破碎或坍塌区;当装药量足够大时,冲击波对上部岩体破坏力明显增大,冲击能是影响巷道破坏程度的主要因素。试验结果还表明,高速冲击载荷作用下巷道围岩体破坏过程可分为拉剪裂缝、重复拉剪破碎和破坏三个阶段。其中,当炮孔距离巷道为450mm,装药量为6.0g时,巷道顶板附近出现裂缝,属于拉剪裂缝阶段;当炮孔距离巷道为300mm,装药量为6.0g时,巷道顶板附近裂缝较为发育,且巷道顶层出现部分塌落,属于重复拉剪破坏阶段;当炮孔距离巷道为200mm,装药量为8.0g时,巷道顶板出现塌落,且四周破坏,属于破坏阶段。研究结果为冲击地压巷道破坏预测和防治提供了有力参考。     

偏心不耦合装药爆炸应力场的动光弹研究

利用全息动光弹实验系统对偏心不耦合装药爆炸应力场进行了研究。结果表明：装药结构对围岩中应力波的产生和发展有显著的影响;围岩中初始应力波峰值压力分布随药包与腔壁间隙的增大而降低;由于药包的偏心作用,围岩中产生的B波较球形耦合装药显著增强;S波的波阵面与爆扩形成的腔体形状有明显的几何相似特性,表明了围岩的破坏主要是S波作用的结果。该研究结果对于改进光面爆破装药结构提高光爆效果同样具有一定的借鉴价值。     

装药结构对切缝药包爆破效果影响的研究

为了研究装药结构对切缝药包爆破效果的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统和数值模拟相结合的方法,对比分析了切缝管内耦合装药与不耦合装药方式下切缝药包的冲击动力学行为和爆生裂纹的动态力学行为。研究结果表明:切缝药包定向爆破效果显著,爆生主裂纹的扩展形式以拉伸断裂模式为主,爆生气体的楔入作用是裂纹持续扩展的重要驱动力;切缝管和透射压力波均对孔壁造成冲击破坏,在炮孔周边产生与切缝方向成一定角度的"X"交叉型次裂纹和微小的密集裂隙区,耦合装药比不耦合装药所成角度更大,裂隙数量更多;采用不耦合装药结构爆破时,爆生主裂纹的扩展距离更长,扩展速度和动态应力强度因子更大;数值模拟结果显示,不耦合装药结构使得爆轰波对炮孔壁的冲击作用降低,爆生气体的准静态作用加强。与耦合装药相比,能够增大试件在切缝方向的应力集中程度,提高爆生主裂纹的断裂力学参数。     

断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性与安全判据

针对隧道爆破开挖穿越断层破碎带时,围岩松散、破碎,易造成隧道结构失稳的问题。以龙南隧道爆破施工为工程背景,依据现场爆破振动测试结果,建立ANSYS/LS-DYNA动力有限元数值模型,研究了断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性,提出了以应力为控制标准的振速安全判据。结果表明:隧道拱脚处振速衰减最快,破碎带内隧道各部位振速衰减幅度普遍大于相邻围岩段;隧道二衬剪应力峰值位于拱顶处,拉应力峰值位于拱脚处;结合应力与振速关系,建立基于二衬极限强度的爆破振动安全判据,分析得到隧道衬砌在断层带影响下更容易失稳,在龙南隧道爆破条件下衬砌爆破安全振速为10 cm/s,爆破施工单段最大药量为23.89 kg。     

爆破作用下隧道围岩损伤红外热像分析

隧道在爆破荷载作用下的温度变化会使围岩遭受温度应力集中效应,造成围岩结构损伤,使隧道光爆成型质量差,如何避免围岩缺陷对隧道光爆成型质量的影响亟待研究与解决。以成渝高铁某隧道工程为背景,基于红外热像原理,对隧道掌子面光爆红外热像进行实验设计,从不同部位的节理裂隙岩体的红外温度异常区域的温度分布、温度变化范围等方面对围岩缺陷进行判断,分析其分布规律。研究结果表明:掌子面岩石具有明显的高温条带与低温区域相间的辐射温度场,节理裂隙处红外温度较低,岩石突变处红外温度较高;掌子面岩石破裂过程中红外温度异常,主要表现为阶梯状交替升降温,并明显出现高温区和低温区。研究结果可为隧道光爆炮孔布置、装药参数设计、围岩稳定性评价提供一定的科学依据。     

隧道掘进爆破振动在地表及上部岩体传播特征?

为了解隧道掘进爆破振动信号在地表及上部岩体内传播的特征,以鹤大高速小沟隧道掘进爆破为工程背景进行研究。对地表部分,现场监测后利用小波包分析对监测数据进行信号去噪重构处理,对得到的纯净信号进行时频分析及能量分布研究,进而得出振动信号沿地表的频率分布规律及能量衰减规律。对上部岩体,利用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,提取关键点振速,分析得出开挖与未开挖两侧振动信号在隧道上部岩体内传播过程中的质点振速与能量衰减规律。为隧道爆破掘进动力响应研究、爆破震害评估和爆破设计的改进提供依据。     

高铁长城站小净距隧道爆破振动效应研究

小净距隧道开挖工程中,隧道爆破对中隔墙的稳定性影响极大,横通道的施工则会进一步加剧中隔墙的振动破坏.为研究爆破作用下中隔墙的振动响应特征,以新建京张高铁长城站小净距隧道工程为背景,分析非电雷管爆破地震波在中隔墙中的振动特征和衰减规律,同时开展电子雷管降振试验,对隧道爆破炮眼的合理延时进行研究.研究结果表明:受纵、横隧道...     

爆破开采扰动对巷道围岩稳定性影响的模拟研究

以某金矿Ⅶ号矿体-498m水平开采工作面为研究对象,采用有限元数值仿真分析方法研究了该矿爆破开采扰动对巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明:受开挖扰动的影响,巷道顶板的最大主应力减小较为明显。在工作面推进过程中,巷道周边岩体向开挖空间内移动,采掘横巷顶部的位移场沿工作面呈现心型分布,且在采掘横巷与水平沿脉巷交汇处出现的最大位移为6.31mm。随着工作面的推进,采掘横巷围岩的垂直位移呈现增大的趋势,当巷道掘进工作面推进3m以内时,其采掘横巷顶板的垂直位移变化较大,最大增大了60.13%;当巷道掘进工作面推进距离超过3m时,顶板的顶部垂直位移变化不明显,而水平沿脉巷道各监测断面的围岩垂直位移趋于稳定;当工作面推进20m后,可认为开挖对水平巷道围岩的垂直位移没有影响。巷道围岩主要表现为剪切破坏,且巷道临空位置顶板和底板主要表现为拉伸破坏和拉剪复合破坏。     

大直径深孔采矿爆破震动对凿岩巷道围岩稳定性影响研究

为了研究矿山采用大直径深孔爆破方案采矿作业中爆破震动对凿岩巷道囤岩的影响,以实测爆破震动荷栽为依据,用FLAC3D3.0版作为基本计算工具,从采矿巷道的应力场和变形场的研究着手,研究在爆破震动荷载作用下凿岩巷道的固岩应力场、变形场和塑性区的状况及其变化特征,最终分析得出大直径深孔爆破震动荷载对凿岩巷道囤岩的影响.模拟过程中,相应监测点的变化过程体现了爆破震动对围岩影响的特点.     

保护层开采爆破技术数值模拟研究与应用

为保证保护层开采的爆破效果,提高施工效率并降低爆破成本,采用垂直炮孔底部填充波阻抗差异较大的垫层材料的技术进行保护层开采爆破。在分析爆炸应力波的特点、作用范围、反射与透射原理后,选取泡沫混凝土加松砂作为复合垫层材料。使用LS DYNA对不同保护层开采爆破高度和不同泡沫混凝土高度的保护层开采爆破进行模拟分析,探索保护层开采爆破的合理高度。分析认为,采用25 cm泡沫混凝土加10 cm松砂复合垫层时,保护层开采爆破高度宜为4 m。研究结果在广东太平岭核电站建设中得到运用,建基面岩体得到良好的保护。     

隧道近区爆破振动动应变测试及其应用

隧道爆破振动动应变测试可以直接反映岩体或支护结构的应力状况,明确爆破冲击对隧道围岩及支护结构的扰动情况,对隧道近区爆破有重要意义。以京张高铁八达岭长城站项目为依托,通过对测试系统的减振保护和连接加固来改进现场爆破动应变测试环境,较准确地测出现场隧道初期支护的爆破振动动应变,给出隧道爆破动应变在隧道迎爆侧及背爆侧、隧道环向及纵向的分布规律。结合爆破振速监测,研究爆破动应变与振速的相关性,提出一种在建隧道结构允许振动速度标准的确定方法,该方法基于现场实测得到爆破动应变与振速的相关性及隧道结构允许动应变来计算确定。研究表明:隧道初期支护现场爆破振动动应变测试是可行和可靠的;隧道初期支护迎爆侧的动应变比背爆侧大,沿隧道环向的动应变比沿隧道纵向大,隧道交叉口区域的纵向动应变显著增大;爆破振动速度与动应变存在较好的正线性相关性,即动应变越大,振动速度越高;该方法能确定在建隧道结构的允许振动速度,并为在建隧道的爆破振动保护提供参考。     

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%。     

掏槽孔爆破引起的围岩动力响应研究

通过数值模拟,研究了掏槽孔起爆时开挖隧洞围岩的动力响应规律,得到了不同爆心距处围岩的峰值振速分布规律,以及爆破振动峰值振速在不同部位的衰减规律.研究结果与试验结果类似,说明应用数值模拟方法研究隧洞爆破开挖对开挖洞室的影响是可行的,所得结论可以作为实际工程的参考.