爆破漏斗鼓包运动模型的构建及验证

为研究爆破漏斗鼓包运动规律，采用动量守恒定律对鼓包运动速度进行理论分析，并通过爆破漏斗模型试验、高速摄影系统、数值分析开展试验研究.研究结果表明，将鼓包运动岩体划分为若干单元，运用动量守恒定理推导出爆破漏斗鼓包速度服从指数模型，整个过程做变速运动；通过高速摄影对爆破漏斗鼓包运动进行记录分析，图像表明鼓包运动过程中，自由面裂隙向四周扩散，使自由面岩体破碎并呈规则的扇形状；在爆生气体推动下，岩体进一步的抬升与破裂，炮孔中心质点做变加速运动；不同时刻下，随自由面炮孔中心为原点的坐标距离增加，鼓包运动呈指数递减，当自由面鼓包完全破裂后，破碎岩体以最大速度做抛掷运动，当抛射角度与水平成45°时，达到最远抛距.      

基于高速摄影的台阶爆破坡面鼓包运动规律研究

为了研究高台阶抛掷爆破台阶坡面速度场分布规律以及实现对最大抛掷速度和最远抛距的预测,以相似理论为基础,基于台阶模型试验相似准则,在试验场按相似材料配比浇筑了5个以黑岱沟露天煤矿为原型的相似材料台阶模型,并进行了单排孔台阶模型爆破试验.基于高速摄影观测结果,得出台阶坡面鼓包中心运动速度呈现出加速-匀速-二次加速-减速"的特征,并基于相似理论预测出高台阶抛掷爆破中抛体的最远抛距为108.11 m,最大抛掷速度为24.01 m/s.     

爆破漏斗实验及动力作用分析

介绍了爆破漏斗的实验设计和实验方法,并对实验结果进行了分析。通过实验,得到了药包在模型煤层介质中的爆破漏斗参数和产生松动爆破时的临界埋兴。基于爆炸动力学理论,得出了药包爆炸裂隙区半径的计算与药卷临界埋藏深度基本吻合的结论,从而证明了“三区”理论计算式的正确性,为特定条件下爆破工程控制参数的设计提供了理论依据。     

通过爆破漏斗模拟试验求算装药量

根据利文斯顿爆破漏斗理论,以最佳单位耗药量不变为原则,探讨通过小药量下爆破漏斗槿拟试验求解球状药包、柱状药包和条形药包爆破时的药量计算方法.     

岩石条形药包端部效应的若干算式推导

分析了条形药包端部岩石爆炸作用场的可能分布模式;对药包端部考虑由附加集中式增药包担负实测爆破漏斗的端部体积,其增药量大小可按应力相等原则确立;按角单元岩石抛掷速度相等假定,建立了条形药包爆破漏斗内岩石抛掷速度的近似模式,进而推得端都有效抛掷能计算公式;应用岩石应力波能量相等原理及药包比拟法,推算出条形药包（不计端部增药量）对端部邻近区产生有效作用的相当药量．     

爆破振动高程放大效应的试验研究

采用实体模型进行不同装药参数下的台阶爆破试验,通过分析各测点的振动速度幅值和波形特征来研究爆破地震波传播过程中高程放大效应的存在规律及诱发原因。结果表明,高程放大效应的强度不与装药量正相关,高程放大效应的产生与爆破中心区岩土表面的鼓包运动有关,同一台阶面上不同部位质点的振动速度衰减规律可以用"鞭梢效应"来解释。     

利文斯顿爆破漏斗理论的应用及改进意见

本文在简述利文斯顿爆破漏斗理论及其应用的基础上,提出了新的药包埋深与药量之间的关系式,从而能够减少爆破漏斗试验次数。     

水泥浆封堵深孔预裂爆破合理封堵长度

针对深孔预裂爆破装药量大,传统炮泥封堵易发生“冲孔”的问题,提出以水泥浆为封堵材料,并对其合理封堵长度进行研究。基于水泥浆性能,假设凝固后的水泥浆与岩石为同一材料,阐述水泥浆封堵炮孔的作用机理；根据Starfield迭加法的基本思想,建立柱状药包等效多个球状药包计算模型,探究球状药包应力波衰减规律,计算球状药包在自由面的迭加拉应力；基于减弱爆破漏斗理论,以迭加拉应力与岩石抗拉强度相等为原则,推导封堵长度取值公式；利用数值模拟,分析了不同封堵长度下爆破后应力波的扩散范围与岩石的破碎范围；以新巨龙煤矿2302N工作面爆破法过大落差断层为背景,进行现场试验,借助钻孔成像仪观测炮孔周边岩层破碎情况。结合理论计算、数值模拟及现场试验确定水泥浆封堵长度为2.5 m。     

钢筋混凝土中爆破漏斗特征尺寸研究

根据内爆炸荷载的基本特点,利用损伤理论建立了内爆荷载作用下钢筋混凝土中爆破漏斗的特征尺寸模型;从理论上得出了钢筋混凝土中可形成爆破漏斗的最小爆破作用指数,进行了钢筋混凝土内爆实验,证明了建立的模型是可行的,求解的最小爆破作用指数是正确的.     

弹性半空间球形药包爆破引起的地表振动波形预测

对球形爆源在弹性半空间内爆破引起地表质点的振动波形预测进行研究.利用等效孔穴理论,将球形药包的爆破简化为球腔压力源的作用,推导出球腔压力源p(t)作用下的等效震源强度函数;然后对Hoop点源理论的位移解进行修改,得到在球腔压力源p(t)的作用下地表质点的振动位移和速度函数;最后画出地表质点振动速度函数波形,并对波形进行拟合.根据萨道夫斯基公式和等效爆源强度函数,构造一个与装药量直接相关且更为简洁的质点振动速度函数.结果表明:构造函数与理论解得到的波形非常吻合,且验证了构造函数的适用性,实现爆破振动波形预测.     

Influence of blasting on the properties of weak intercalation of a layered rock slope

A precondition for correctly analyzing the stability of a slope and designing its bracing structure is to study and determine the influence of excavation blasting on the properties of weak intercalation in the layered rock slope. On the basis of in-situ stratification-cracking blasting tests, the properties of weak intercalation were investigated using the LS-DYNA3D program. The displacement distribution and compactness of weak intercalation at different positions away from the charge center and their various laws are discussed. The critical displacement of stratification-cracking (0.1 mm) was obtained, and an approximate expression of compactness were deduced. Furthermore, through the simulation of a layered rock blasting under the same geological conditions, the stratification-cracking effect of deep-hole blasting on the properties of weak intercalation was compared with that of short-hole blasting, and the influencing differences, in addition to their causes, were analyzed. The results indicated that the blasting cavity of weak intercalation in short-hole blasting with a radius of 40 mm was nearly a circle, whose radius was about 28.7 cm; whereas in deep-hole blasting with a radius of 150 mm, the shape of the blasting cavity was different from that in short-hole blasting, the radius of the cavity behind the charge (89.1 cm) was further smaller than those of the other three (138.7 cm), and there were sharp crinkles on the surface of weak intercalation. When the distance from the charge center (DCC) was less than 40 and 150 cm in short-hole and deep-hole blasting, respectively, the displacement of weak intercalation was reduced remarkably with the increase in DCC.     

台阶爆破模型试验下破碎岩石抛掷速度规律分析

为了研究台阶爆破破碎岩石抛掷速度的主要影响因素与变化规律,采用量纲分析法确定破碎岩石抛掷速度的主要影响因素,并借助高速摄影系统与台阶爆破模型试验研究不同影响因素下破碎岩石抛掷速度的变化规律.结果表明：破碎岩石抛掷速度的主要影响因素为炸药单耗、最小抵抗线与炸药量的关系(W³/Q)和不耦合系数,抛掷速度对炸药单耗最为敏感,W³/Q与不耦合系数次之;高速摄影图像显示,当爆破作用时间为0.5 ms时,台阶自由面岩石出现位移,当爆破作用时间为2.0 ms时,在爆炸应力波作用下,台阶自由面出现裂缝,破碎岩石的运动形态可分为鼓包运动阶段与抛掷运动阶段,二者之间存在明显的过渡阶段;炸药单耗、W³/Q、不耦合系数与抛掷速度间存在明显的非线性关系,抛掷速度随炸药单耗的增加呈指数函数递增,且存在临界炸药单耗使破碎岩石的抛掷速度出现激增,抛掷速度随W³/Q、不耦合系数的增大呈幂函数递减.     

单向压应力对砂岩漏斗爆破过程的影响

针对深部高应力条件下岩石爆破问题,开展不同单向压应力条件下的砂岩漏斗爆破实验,研究了静应力对漏斗爆破过程中裂纹网形成与扩展的影响.提出了爆破漏斗破坏分区的概念,即块状破坏区、过渡区、片状剥落区.分别分析了静应力对爆破漏斗三个破坏区的影响,进而阐明了不同静应力条件下岩石爆破破坏的特征.结果表明:静应力促进平行其自身方向裂纹的形成,抑制垂直其自身方向裂纹的形成,进而改变了裂纹网的形态;静应力促进平行其自身方向爆破漏斗破坏区的形成,对片状剥落区的影响最大,块状破坏区与过渡区次之,对垂直其自身方向的破坏区影响较小;当应力强度比达到0.15时,需要考虑静应力对爆破效果的影响.     

钢筋混凝土中爆炸破坏效应数值模拟分析

根据钢筋混凝土介质在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏特性,利用LS-DYNA程序流固耦合算法,使用能够反映拉伸破坏的Tayler-Chen-Kuszmanul(TCK)和反映压缩破坏的Holmqust-Johnson-Cook(HJC)材料模型,通过建立分离式钢筋混凝土有限元模型,进行了钢筋混凝土在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏效应的数值计算分析. 数值模拟能够很好地模拟钢筋混凝土内部爆炸时中心爆炸空腔压缩面和自由面的拉伸层裂破坏及漏斗坑形成过程,且与试验结果和理论计算吻合较好. 同时,由于钢筋的增强和止裂作用,钢筋混凝土中爆炸漏斗坑成阶梯型,且其破坏范围远小于混凝土介质.     

底部空气柱装药爆破机理分析与试验研究

应用激波理论分析了底部空气柱装药爆破机理。通过实验室的爆破漏斗试验，研究了底部空气柱装药爆破效果，掌握了定量装药在固定装药深度情况下爆破漏斗体积与底部空气柱长度的变化规律，对工程实践有一定指导意义。     

关林子隧道下穿既有道路爆破振动影响

在下穿既有道路的新建隧道爆破施工中,爆破振动极易引起上部路面结构的损伤和破坏.以宝汉高速新建下穿316国道的关林子隧道为例,采用有限元法模拟路面关键点峰值振速、路面应力以及路面位移,并结合现场爆破振动与振速监测结果,对比分析爆破振动对既有道路的影响.主要研究结论如下:10个关键点爆破峰值振速均发生在掏槽眼爆破时,既有道路的应力以及路面位移均较小,不足以引起既有道路的破坏;根据数值模拟和现场测试结果,下穿段地表质点振速的合速度峰值不超过0.035 m/s时可保证既有道路安全.     

湿砂场地水平向爆炸振动效应

为了建立由土中爆炸引起的地表水平向振动衰减模式,评估湿砂场地爆炸振动安全性,分别考虑水平径向和切向振动分量,基于大型爆炸试验场地,开展了一系列湿砂中的单药包爆炸振动试验,研究了药包质量、埋深等因素对地表水平向振动速度的影响。研究结果显示,随着药量减小或爆距增大,地表水平向峰值振动速度的变化符合幂次衰减规律,药包埋深对峰值振动速度的影响甚微。基于Sadovsky经验公式基本形式,建立了湿砂场地地表水平向峰值振动速度的经验拟合公式。基于主频条件下的振动峰值强度衰减规律,对试验场地及周边环境的振动安全性进行了评估,以确定后续试验单个药包的合理用药量。     

人工爆破地震作用的瞬态有限元分析

通过突加动荷方法模拟爆破过程，利用瞬态有限单元法求解爆破作用下岩体内的应力场和位移场，分析了南芬露天铁矿生产爆破对主运输平硐的影响。按位移等效原则建立爆破震动现场测试数据与模拟结果之间的关系，得到了突加动荷与质点震动速度、段爆破药量等物理量的关系，给出了岩体——硐室系统的阻尼系数、极限抗振速度和临界单段药量。结果表明现爆破下平硐是稳定的，规范中给定的岩体极限抗震速度有些保守。     

爆破震动对高速路边坡影响的数值模拟

以京秦高速公路某段路堑边坡爆破开挖为例，采用数值模拟的方法分析了爆破震动波在边坡介质中的应力场、位移场、速度场等的分布规律，多方面研究了爆破震动效应对山区高等级公路岩质边坡稳定性的影响，现场振动测试结果验证了数值模拟计算的可靠性。