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。     

水平边界条件下深孔微差爆破的数值模拟

目的 研究水平边界条件下深孔微差爆破的作用机理。方法 采用动态非线性有限元法对单个水平自由面深孔微差爆破进行数值模拟。根据模拟结果分析岩块运动和槽腔内岩块的破坏方式。结果 孔底部分的岩石主要以冲击压缩破坏为主,而自由面附近的岩石主要以层裂破坏为主。结论 掏槽孔的爆破作用和微差时间的确定是影响微差爆破的重要因素,使用含定向裂纹的弹塑性模型可较好地描述脆性岩石本构行为。     

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。     

地应力作用下四孔掏槽爆破破岩机理数值模拟研究

为研究地应力作用下岩石爆破破岩机理,基于RHT本构建立岩石四孔掏槽爆破模型,对不同地应力条件下掏槽爆破岩石损伤裂纹的演化规律和炮孔周围应力场动态变化过程进行数值模拟研究。结果表明：地应力抑制了掏槽爆破损伤裂纹的扩展,随着地应力的增大,掏槽损伤区域减小,切向拉应力峰值降低;侧压系数的变化体现了爆破损伤裂纹扩展的各向异性,损伤裂纹扩展趋向最大地应力方向;设置空孔能够对爆炸应力波产生导向作用,促进炮孔间损伤裂纹的贯穿和发育,改善掏槽爆破破岩效果。     

考虑应变率影响的单轴受压岩石动态变形过程模拟

针对岩石的动态变形特征,引进Kelvin模型,采用粘性元件和弹塑性元件模型并联的方法,建立岩石单轴压缩的受力分析模型,以此反映加载速度或应变率对岩石动态变形特性的影响。通过探讨岩石动态变形过程的体积变化影响,引进统计损伤理论,建立弹塑性体损伤统计本构模型。进而建立可反映加载速度或应变率影响的单轴受压岩石统计损伤本构模型,并提出其参数确定方法。实例分析表明：该模型不仅能反映岩石强度和弹性模量或刚度随应变率提高而增加的特性,而且能较好地模拟单轴受压岩石的动态变形过程,具有一定的合理性。     

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...     

空气不耦合装药爆破孔壁冲击压力分析

从理论上分析探讨了炮孔空气不耦合装药爆破时孔壁初始冲击压力的计算方法。研究结果表明：一方面炮孔空气不耦合装药爆破降低了孔壁初始冲击压力，且当岩石条件一定时，孔壁冲击压力值随着装药不耦合系数值的增大而呈指数规律衰减；另一方面类似于炮孔耦合装药，不耦合装药爆破同样存在着较坚硬致密的高阻抗岩石，孔壁冲击压力值较高，较松散软弱的低阻抗岩石，孔壁冲击压力值较低。同时求解出了利于光面爆破的孔壁岩石不被冲击压坏的最小装药不耦合系数。     

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。     

爆破振动对海底隧道覆盖岩石的损伤研究

海底隧道掘进爆破开挖岩石的过程中,爆破振动必然会对隧道覆盖岩石造成损伤和破坏,危及隧道施工安全.阐述了质点峰值振动速度临界值作为爆破围岩损伤的判别标准和作用于炮孔壁上爆炸脉冲荷载计算公式.以青岛胶州湾隧道为背景,采用Abaqus软件,对周边眼爆破振动的覆盖岩石动力响应进行数值模拟,并对计算结果按照最小二乘法进行拟合,得到覆盖岩石质点峰值振动速度衰减公式.按质点峰值振动速度判别标准计算出了周边眼爆破引起的覆盖岩石损伤范围仅为0 358 1 m.研究表明采用低爆速炸药、不耦合间隔装药光面爆破技术, 爆破对海底隧道覆盖岩石损伤范围较小.     

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。     

水胶药柱深孔预裂爆破弱化综采面硬岩断层分析

针对采煤工作面开采路径中存在坚硬岩石断层、采煤机直接破碎岩石效率较低的问题,采用自制远距离传爆水胶药柱,通过数值模拟分析,设计合理的爆破参数,进行深孔预裂爆破。结果表明,该药柱远距离传爆性能可靠,当爆破孔孔径为75mm,装药直径为63mm时,破碎半径为0.4～0.5m,裂隙半径为0.5～1.0m。当相邻两炮孔之间的距离为1.6～2.2m时,深孔爆破后岩石中的损伤裂纹扩展,达到了采煤机破碎岩石的要求,为综采工作面顺利通过硬岩断层提供了保证。     

大型地下洞室开挖爆破破坏影响范围

大型地下洞室爆破开挖通常需要考虑岩体完整程度的影响。以位于四川和云南交界的金沙江上的溪洛渡水电站特大断面地下主厂房浅孔台阶开挖爆破工程为研究背景,提出考虑初始损伤影响的岩石爆破损伤模型以及和初始损伤相关且可用于确定爆破破坏影响范围的判据。建立初始损伤和岩体完整性指数之间的关系式,使得提出的本构模型能考虑岩体完整程度的影响。通过编程将提出的本构模型应用到FLAC3D软件中,进行爆破数值模拟。首先分析岩石爆破破坏影响范围特性,然后以爆破破坏最大水平半径作为爆破破坏影响范围的特征参数,分析爆破破坏最大水平半径和岩石初始损伤、单段爆破药量以及爆破质点峰值振动速度之间的关系,得到不同初始损伤条件下爆破破坏对应的临界振动速度和安全允许炸药量。最后利用现场爆破试验、钻孔声波测试和质点峰值振动速度测试的结果验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明:对于浅孔台阶爆破,水平径向爆破破坏影响范围随孔深的减小而增加,并在顶部平面达到最大值。该破坏边缘质点的峰值振动速度可作为爆破施工监测的安全判据。岩石初始损伤越大,初始损伤对爆破破坏最大水平半径的影响越显著。数值计算结果和现场试验结果较吻合。     

无机玻璃材料的改进TCK本构模型

为了研究冲击荷载作用下无机玻璃材料的拉伸损伤特性,将适用于陶瓷材料率相关的TCK动态拉伸型本构模型加以改进,并将改进后的TCK本构模型应用于侧向撞击玻璃平板试验数值仿真.由仿真分析结果发现,改进的TCK本构模型对于无机玻璃材料的应力波传播速度、拉伸和压缩损伤区域的面积和位置,以及损伤扩展速度的计算分析较为准确.     

冲击诱导损伤岩石的侵入特性

在硬岩矿山开采中,为了提高大孔径深孔凿岩效率,降低钻具磨损,提出了冲击诱导切削复合凿岩新工艺.在Walsh模型的基础上,建立了冲击诱导孔周围损伤岩石的裂纹模型,推导了岩石损伤区的牙轮钻齿侵入系数方程及侵入阻力方程.分析了裂纹密度、扰动频率分别对岩石弹性模量、岩石破碎体积和钻齿侵入阻力的影响.结果表明:随裂纹密度的增大,岩石的有效弹性模量减小;相同侵入载荷下,随着扰动频率的增加,钻齿的侵深和岩石破碎体积不断增加;随着冲击扰动频率的增大,牙轮钻齿侵入阻力逐渐减小.     

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。     

基于压缩载荷下微裂纹扩展的微观力学岩石弹塑性损伤模型研究

建立基于微裂纹扩展的岩石弹塑性损伤微观力学模型。压缩载荷下微裂纹尖端翼裂纹稳定扩展表征岩石的微观损伤,基于应变能密度准则用Newton迭代法求复合型断裂的翼裂纹扩展长度,并采用微裂隙统计的二参数Weibull函数模型反映绝对体积应变对微裂纹分布数目影响,进而用翼裂纹扩展所表征的应力释放体积和微裂纹数目来表示含有微裂隙的岩石损伤演化变量;宏观塑性屈服函数采用Voyiadjis等效塑性应变的硬化函数,反映塑性内变量对硬化函数的影响;建立岩石的弹塑性损伤本构关系及其数值算法,并用回映隐式积分算法编制弹塑性损伤模型的程序。分析弹塑性损伤模型的基本特性和围压对岩石损伤的影响,并从围压和短微裂隙长度等因素分析弹塑性损伤模型的岩石的损伤和宏观塑性特性。以2个单轴压缩岩石试验为例验证该模型。结果表明:所提出的弹塑性损伤模型与数值和试验结果比较吻合。     

爆破地震波引起远场拱坝振动的数值模拟

针对在爆破地震波数值模拟中,存在毫米级网格尺寸将导致模型网格数量巨大而无法计算的问题,采用等效爆破荷载法,避开传统方法中对炮孔形状的模拟,忽略对近场范围内结构的精确模拟,在保证振速峰值精度基础上适当增大网格尺寸,实现对爆破地震波引起处于爆破远场拱坝振动的数值模拟.最终,坝体振速峰值与实测值对比表明,二者符合较好,满足大坝爆破振动安全控制标准,可以作为类似工程爆破振动数值模拟的参考.     

煤体爆破冲击波煤-岩界面反射效应试验研究

为研究爆破载荷作用下煤-岩界面反射的应力波对煤体变形的影响,采用相似模拟的试验手段,应用动态信号测试分析系统监测爆孔径向动应变,探讨了煤体质点动应变波形、动应变速率波形以及速率频谱曲线特征,并得到了质点动应变最值、动应变速率最大值以及主频随质点距爆破中心距离的变化规律.试验结果表明:爆破应力波在煤-岩界面反射后变为拉伸波,导致煤体变形特征与典型的仅含自由面的煤体变形特征存在较大差异;试验条件下靠近爆破孔的监测点形成两段应变波形,第1段以压缩相为主,第二段以拉伸相为主;煤体质点压缩相应变波峰值随距爆孔中心距离的增大而衰减,而拉伸相应变波峰值随距离的增大而增大;煤体损伤、动应变速率最大值以及主频均随距离的增大先减小后增大.     

基于声速定义的灰岩冲击损伤参数的计算范围

利用一级轻气炮对灰岩进行冲击损伤实验,并对回收样品进行了超声波测试,在此基础上建立了衰减系数和损伤变量、冲击损伤耗散能的拟合关系式.将岩石高速冲击损伤实验所获得的损伤参数D=0.40作为破碎区的边界,对现场爆破漏斗实验进行了数值模拟,证明应用D=0.40作为破碎区边界完全可行.     

不耦合装药结构对岩石爆破的影响

为了研究不耦合装药结构对爆破效果的影响,在实验室中采用水泥砂浆模型对不耦合装药结构进行了模型实验,并对爆破块度和爆炸应力波进行筛选及统计与测试分析.采用AUTODYNA有限元分析软件对不耦合装药结构爆炸应力波在岩石传播过程中粉碎圈、裂隙形成进行了数值模拟研究.模型实验研究表明,不耦合装药结构可提高炸药能量利用率及改善爆破块度分布;数值模拟结果显示,炸药和炮孔壁之间的间隙可以改变应力波在炮孔壁上的加载率,延长了应力波和气体的作用时间,显著地降低了粉碎圈厚度,提高了炸药能量的利用率和爆破的效果.