应力波对裂纹扩展影响的动光弹研究

本文用动光弹方法和断裂力学理论研究了爆炸应力波与爆炸载荷驱动的高速扩展直裂纹的相互作用,观察了应力波对裂纹扩展方向和速度的影响。研究表明:当β(裂纹扩展方向与入射波阵面法线之间的夹角)=0°时,P波不改变裂纹扩展方向,但使其扩展速度发生变化,S波使裂纹方向改变;当0°<β<90°时,P波、S都使裂纹扩展方向改变,P波使其扩展速度降低,S波使其扩展速度提高。本文研究结果对于深刻理解工程爆破中相邻炮孔之间后爆炮孔产生的应力波与先爆炮孔产生的裂纹的相互作用机理具有一定的参考价值。     

光面爆破相邻炮孔裂纹扩展模拟

基于爆破理论,借助ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,对岩石中双炮孔爆破裂纹扩展过程进行模拟,进而分析岩石爆破破坏机理和裂纹扩展特点。结果表明:所采用的模型、参数和数值计算方法的可行;孔间裂缝首先在炮孔壁产生,沿炮孔连线扩展并逐渐向连心线中心贯通;结合理论分析,得到了相邻炮孔的合理间距为40~70 cm,孔间裂缝贯通效果较好,随着炮孔间距的增大,孔间裂缝越难贯通,爆破效果越差。数值模拟结果与理论结果吻合较好,这种方法可以为爆破参数设计提供参考。     

水下深孔爆破岩石裂纹扩展及损伤规律

由于水下环境的隐蔽性,水下爆破效果及其对周围的影响具有不可预见性。基于LS-DYNA数值模拟,分析了单孔水下爆破对岩体的损伤及上部水体的影响、不同起爆位置与多孔爆破对围岩的损伤规律。结果表明:水下单孔柱状装药爆破时,炮孔破坏范围主要沿孔径方向扩展,底部出现两条明显的“八字形”损伤裂纹;炮孔底部起爆、炮孔装药中点起爆、炮孔装药段两三分之一点起爆,三种起爆方式对围岩的损伤形态基本一致,但底部起爆模式下,底部的“八字形”裂纹开口更大、长度更长。炮孔装药中点起爆时,炮孔底部岩石损伤的深度最大、底部起爆时最小。底部起爆对上部水体的压力峰值最大,中点起爆压力峰值最小;多炮孔起爆下岩石损伤形态相似,损伤范围随着炮孔数目的增加而横向扩展,爆炸区域下方两边角处的横向、纵向裂纹,随爆破孔数的增加而继续向外扩展。研究成果对于水下深孔爆破围岩损伤规律的研究具有一定的指导作用。     

爆炸载荷作用下刻槽炮孔动态裂纹扩展规律

基于准静态爆生气体膨胀和岩石断裂力学理论，建立了不耦合装药刻槽爆破时的脆性断裂爆破模型。对刻槽炮孔内爆生气体压力、临界压力和应力强度因子进行了分析计算，从而得出了刻槽炮孔裂缝在扩展过程中，包括启裂、止裂条件、启裂方向、扩展长度和裂缝扩展速度等的变化规律。此外，论文还对刻槽爆破时的动态效应进行了初步探讨，根据分析结果在大理石切割爆破中进行了刻槽试验，并和普通光面爆破效果进行了比较。     

光面爆破破岩机理的研究

本文着重论述光面爆破破岩的作用力、岩体内应力衰减的规律、相邻炮孔间形成贯通裂缝的机理,并对炮孔装药量和炮孔间距提出了计算方法。     

试谈浅孔断裂控制爆破裂纹扩展的长度

本文分析了当前炮孔爆裂纹扩展长度理论计算方法和现状,介绍了采用高速转镜分幅相机和美国爱泰宝相机记录岩石与国体介质爆破裂纹扩展长度实验的结果,列举了不同爆破方法的裂纹扩展长度及其爱影响的因素,推荐算炮孔径爆破向裂纹生成数量的计算公式和实验结论。     

爆炸应力波与径向裂纹相互作用的动光弹研究

用动光弹和高速摄影方法观察了爆炸应力波与爆炸产生的静止的径向裂纹相互作用以及自由边界来的反射波与扩展中的裂纹相互作用的动态过程。根据实验数据分析了入射P波与裂纹相互作用的机理以及径向裂纹的初始方向对裂纹重新扩展的影响。获得了裂纹重新扩展的滞后作用时间。     

基于有效保护围岩的定向断裂爆破参数研究

对岩石周边爆破进行深入研究。指出了光面爆破不可避免造成围岩损伤的不足，提出了采用定向断裂爆破技术是降低围岩爆破损伤的有效方法：进而，依据现有的定向断裂爆破原理，导出了定向断裂爆破的预裂纹长度、炮孔装药量与炮孔间距的计算式：最后，结合工程算例对这些爆破参数之间的关系作了分析。表明：计算结果与所得结论以工程实际相符，有参考价值。     

缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响

为了研究炸药至炮孔壁之间的缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统,开展多组爆破光测实验。借助LS-DYNA数值模拟软件,对比分析炮孔内部压力场的分布规律。研究结果表明:切缝药包能够利用切缝管有效控制爆炸应力场的分布,使能量沿切缝方向集中释放,定向爆破效果显著。与空气相比,水提高了切缝药包对炮孔壁的冲击破坏能力,爆生主裂纹的断裂力学参数增大,表现为更长的扩展距离、更高的运动速度和动态应力强度因子。爆炸冲击波能和爆生气体脉动能是水中主要的能量存在形式,模拟结果显示水比空气具有更好的传压能力,缓冲层内形成更高的压力峰值。     

缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为影响的研究

为了研究炸药至炮孔壁之间的缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统,开展多组爆破光测实验。借助LS-DYNA数值模拟软件,对比分析炮孔内部压力场的分布规律。研究结果表明:切缝药包能够利用切缝管有效控制爆炸应力场的分布,使能量沿切缝方向集中释放,定向爆破效果显著。与空气相比,水提高了切缝药包对炮孔壁的冲击破坏能力,爆生主裂纹的断裂力学参数增大,表现为更长的扩展距离、更高的运动速度和动态应力强度因子。爆炸冲击波能和爆生气体脉动能是水中主要的能量存在形式,模拟结果显示水比空气具有更好的传压能力,缓冲层内形成更高的压力峰值。     

深孔爆破技术在煤矿中的应用

针对煤矿在采用深孔爆破时确定爆破参数大多是只靠经验,没有进行定量的计算和分析的问题,通过理论分析深孔爆破中爆破参数的确定机理,得出了炮孔的布置方式、炮孔直径、炮孔间距、炮孔排距、不耦合系数、炮孔长度、封孔长度和一次起爆药量等这些爆破参数的确定方法,并通过示例说明这些参数的确定方法的正确性。     

光面预裂爆破技术在石质路堑边坡开挖中的应用

介绍了光面预裂爆破技术的特点、爆破机理、炮孔布置及主要爆破参数选取等，并对其爆破效果和经济效益进行了分析和评价。     

爆炸载荷作用下有限平面中应力波传播的动光弹研究

用多火花式动态光弹性仪成功地记录了爆炸载荷作用下有限平面中应力波传播的动态应力条纹。一个模型中炮孔设在模型的几何形心,另一个模型中设了两个炮孔,并同时起爆。用动光弹方法对入射波和反射波的传播以及应力波的叠加特性进行了研究,给出了应力波反射之前炮孔周围应力场的定量分析结果和反射应力波与径向裂纹相互作用的结果,这对于涂刻理解炸药爆炸产生的应力波的传播和叠加过程具有重要意义。     

无底柱分段崩落法扇形炮孔爆破机理研究与应用

实验研究了试件强度与抵抗线对无底柱分段崩落法扇形炮孔爆破效果的影响,分析了有效爆破区域出现在孔底部位而不是孔口部位的原因,揭示了扇形炮孔爆破的方向性与顺势破坏效应,据此讨论了炮孔密集系数的合理取值范围以及孔底起爆的适用条件等;应用试验结果改进北氵名河铁矿扇形中深炮孔的装药结构与起爆顺序,试验区大块率从3·0%降低到1·8%·并杜绝了爆破“隔墙”现象的发生·     

爆炸荷载下刚-柔耦合围岩支护结构二维平板动态损伤破坏特征试验研究

为探究爆炸冲击荷载下以橡胶水泥砂浆(RCM)作为柔性吸能材料的“刚-柔耦合”围岩支护结构的动态稳定性,通过搭建二维平板爆炸冲击试验系统,开展单体平板试件在中心起爆方式下和组合体平板试件在偏心起爆方式下的单孔爆炸冲击荷载试验;并从炮孔动态膨胀响应特征、剥落区形成机理和爆生裂缝扩展机理3个方面,探究“刚-柔耦合”围岩支护结构二维平板试件的动态损伤破坏特征。最后,从应力波传播和协调变形2个方面分析讨论“刚-柔耦合”围岩支护结构中多层材料间的耦合作用特征与围岩稳定性机理,进一步印证以RCM作为柔性材料的“刚-柔耦合”围岩支护结构降低围岩及其支护结构动力损伤的潜力。研究结果表明：随橡胶体积分数增大,平板试件整体的损伤破坏程度明显减小;尽管RCM单体平板试件的爆后炮孔直径和剥落区面积因橡胶体积分数的增大而有所增大,但RCM有效降低了组合体平板试件的爆后炮孔直径、剥落区面积和爆生裂缝总长度。平板试件在爆炸冲击荷载作用下主要受到爆炸冲击波与爆轰气体的共同作用,尤其在底板对炮孔的封闭约束下,炮孔中也因爆炸能量的瞬间释放形成了向上的聚能射流效应,进一步导致了V形爆坑剥落区的形成。在同一起爆方向下,当橡胶体...     

不同炮位爆破对裂纹扩展影响初探

本文用动光弹方法对不同炮位爆炸加载产生的应力波扩展及其与裂纹相互作用进行了初步探讨,为在岩石爆破中控制裂纹的产生、扩展路径和裂纹面的形成提供了重要依据。用国产多火花型动光弹仪定性地记录了应力波扩展与裂纹及相互作用的瞬态过程。本文在数据处理时,对传统的方法作了改进,结果表明,该方法是可行的、自行编制的程序具有对初始值灵敏度低、计算速度快,迭代次数少等特点。     

隧道水-土复合填塞炮孔爆破技术研究

在隧道掘进施工中,传统的光面爆破直接用纯炮泥堵塞炮孔,这种方法往往使得炸药能量利用率偏低。针对这种情况,采取了水-土复合堵塞炮孔方法代替传统的光面爆破方法。通过理论分析及计算,得出水-土复合堵塞炮孔爆破时产生的孔壁压力远远大于纯炮泥堵塞炮孔时的压力值。结合工程实例进一步验证了水-土复合堵塞炮孔提高了炸药能量利用率的同时,改善了洞内环境,是一种行之有效的爆破方法,应加以推广。     

复杂环境下路堑开挖中控制爆破技术的应用

结合渝怀铁路建设工程实例介绍了控制爆破技术在复杂环境下路堑开挖中的应用。运用控制爆破理论与现场试爆相结合确定爆破参数,通过选用合理的最小抵抗线方向和炮孔堵塞长度及采取孔口叠压沙袋等措施,控制爆破飞石的方向、数量及距离：通过优化爆破参数、装药结构和采用孔内孔外延期非电微差起爆技术,严格控制最大一段起爆药量和降低爆破震动;用边坡光面爆破技术使坡面达到平顺、整齐及无浮石,从而实现了路堑爆破开挖的安全、快速施工。     

装药位置的光面爆破效果模拟试验研究

为了寻求合理的光面爆破装药结构,本文在对现行光面爆破装药结构评述的基础上,以破裂面的凹凸量、有害破坏程度、半眼痕完整率和爆破块度为指标对装药位置的光面爆破装药结构进行了模拟试验。研究结果表明,当炮孔底部和上部留有一定长度空气柱时,光面爆破效果最佳,并对该装药爆破机理进行了初步探讨。     

岩石断裂控制爆破的裂纹扩展

工程控制爆破 ,要研究岩石的定向断裂的裂纹扩展。本文在进行了动载荷作用下径向裂纹产生扩展过程的动光弹试验 ,对应力波的起裂作用 ,爆炸气体的扩裂作用进行了分析研究。文章指出 ,爆破岩石的应力历程及损伤累积是岩石破裂首要条件 ,而原裂纹的存在条件影响裂纹扩展方向。探讨了爆破应力波作用下被激活裂纹数的分布规律和裂纹密度的表达式