爆炸冲击作用导致岩体损伤的模型试验研究

岩土体开挖与围岩保护是岩土工程中两项重要内容,但在具体工程中普遍存在开挖和保护岩体的相互矛盾。本文针对以上矛盾来研究爆炸冲击作用导致岩体损伤及其力学特性的演化。文中采用实验室控制条件下的模型实验方法,在爆前及爆后对试件分别进行取芯检测,通过对芯样的各项力学性能指标的测量,研究爆破冲击载荷在预留岩体不同位置所造成损伤程度大小,同时还对现场采集的岩样进行了同样的试验研究。文中最后给出了利用试验所得出的各项结果来计算损伤变量值的方法,并且利用该方法计算得到了岩体在经过爆炸冲击载荷作用后的损伤值。该研究对于高陡边坡的爆破以及支护设计具有一定的意义。     

岩体爆炸动态损伤与断裂计算

给出一种应变波作用下岩体损伤累积的计算方法，并将爆破过程中应变波的动作用和爆生气体的准静态作用结合起来，提出新的爆炸断裂计算方法，同时也揭示了应为波预载荷作用的力学本质．     

不同应力条件下爆破开挖对围岩损伤效应的数值模拟研究

根据芦岭矿的工程地质资料,拟定了硬岩和软岩的典型物理力学参数,并依托芦岭矿现场爆破参数,结合ANSYS/LS-DYNA软件,通过隐式-显式连续求解,完成了不同初始应力条件下硬岩和软岩巷爆破开挖的模拟. 计算结果表明,在5~25 MPa应力水平时,随着地应力的增加,近爆腔处围岩的损伤程度并不发生变化,而远离爆腔处围岩损伤程度明显减小,地应力对爆炸载荷所造成损伤抑制作用明显;相同爆破参数下,软岩爆破较硬岩更易受地应力的作用.     

爆炸应力波作用下的凿岩爆破破岩模拟

爆破破岩是爆炸应力波和爆生气体载荷共同作用的结果,本文采用改进的DDA方法模拟爆炸应力波作用下的爆破破岩过程. 采用Hopkinson层裂算例验证了DDA方法对应力波传播和动态断裂破坏问题模拟的准确性. 通过在炮孔壁上施加三角冲击载荷,模拟再现了凿岩爆破中爆炸应力波作用下的孔周破坏、自由表面剥落、碎裂漏斗区域形成、较远区裂纹的扩展,以及岩体的抛掷,结合应力波传播模拟结果对破岩过程与机理进行了分析. 研究为进一步采用DDA模拟两种形式爆破载荷共同作用下的凿岩爆破创造了条件.     

岩体爆破损伤计算公式的改进

岩体爆破损伤具有时变累积特性,且爆破损伤增量大小是以本次爆破作用前岩体宏观力学参数水平为前提,据此对经典爆破损伤计算公式进行改进。工程应用情况表明:岩体爆破损伤经典算法的计算结果偏于保守,在一定程度上会阻碍爆破开挖效益最大化;爆破损伤改进算法可反映岩体内部孔洞、裂隙等缺陷在爆破动荷载作用下的闭合、密实现象,且更能体现岩体中声波速度的变化幅度,其工程应用效果良好。     

光面护壁爆破的护壁效果及作用机理探讨

试验研究了光面护壁爆破的护壁效果,论述了护壁爆破的作用机理.采用智能声波检测仪测试爆破前后岩体的超声波速度,从而评价光面护壁爆破与普通光面爆破在相同条件下的爆破效果,结果发现护壁爆破声波平均降低率1.45%,普通光面爆破平均降低4.83%,普通光面爆破是光面护壁爆破的3倍以上,显示出光面护壁爆破避免岩体损伤的优越性.分析认为:在冲击波和爆生气体准静压作用下,光面护壁爆破在产生定向爆裂岩石的同时,保留部分岩体得到药包外壳半圆管的保护,从而避免爆破损伤.在龙16号油气井钻前场地施工工程中应用,岩体损伤小,护壁效果好.     

基于熵权属性识别模型的岩体可爆性分级评价

为克服在岩体可爆性分级评价中确定评价指标权重系数带有专家打分的主观偏向性,利用Shannon熵理论客观地确定可爆性评价指标的熵权系数,并结合属性识别理论,建立工程爆破中岩体可爆性分级判别的属性识别模型;选取岩石的密度、抗拉强度、冲击动载强度以及岩体完整性系数作为属性识别的判别指标;以14组岩体实测数据进行分级判别,建立属性空间矩阵并根据信息熵理论计算各评判指标的权重,计算属性测度,利用置信度准则和评分准则对模型进行识别。研究结果表明:熵权属性识别模型可以有效地解决岩体可爆性难易程度的评判问题,且评价结果合理,为工程爆破中岩体可爆性分级评价提供了一条新思路。     

突加载荷法在模拟爆破中的应用

应用突加载荷法来模拟爆破振动响应，探讨利用采集到的硐室表面的振动速度或位移等物理量这些测试结果来反演岩体内部的应力场。模拟中采用位移等效原则来确定突加载荷的大小、作用时间和作用范围，通过岩体力学有限元分析软件来计算，以进行岩体内的动态应力场的分析和巷道围岩稳定性的研究，确定岩体临界振动速度时临界爆破药量。将此方法应用工程实际当中，取得了显著的效果。     

钻地爆炸耦合地冲击等效计算理论与方法

钻地爆炸地冲击对地下防护工程构成重大威胁，目前常用的试验手段难以建立普遍适用的制导钻地炸弹、超高速动能弹和钻地核弹耦合地冲击效应计算方法。为此，文中从理论上揭示了钻地爆炸破坏区体积与耦合地冲击能量的关系。依据地下爆炸压缩与破坏半径和爆炸当量的关系，给出了现有主要耦合系数之间的换算公式，提出了仅需接触爆压缩半径和封闭爆压缩半径两个初始参数的耦合系数计算方法。通过与国外已有地下核试验数据和数值模拟结果对比分析，从能量耦合系数和当量耦合系数两方面，验证了该方法的正确性。结合填塞系数计算，表明美国的钻地核爆地冲击耦合系数曲线具有较好的可靠性，且偏安全。从防护工程抗钻地爆炸地冲击效应角度，选用当量耦合系数和填塞系数计算地冲击较为适宜，并给出了便于工程运用的钻地核爆当量耦合系数和填塞系数的计算公式。     

双孔同时起爆柱状药包爆破岩体损伤效应研究

为了研究双孔同时起爆柱状药包岩体的损伤效应,通过使用PFC软件构建离散元数值模型,基于球状药包和柱状药包爆破破坏过程的理论分析与计算,研究了双孔柱状药包岩石爆破损伤特性。研究结果表明：炸药爆炸应力波在自由面的俯视平面上的传播过程接近圆形扩散,药柱上端岩体在径向压缩波的作用下发生断裂破碎,自由面处形成鼓包并逐渐从原岩开始剥离;柱状药包的爆破漏斗形成过程与球状药包类似,包括爆炸应力波的破岩过程、爆生气体驱裂过程和碎岩在爆生气体作用下抛掷运动过程;双孔同时起爆应力波存在“干涉效应”,且爆破损伤区域呈“蝴蝶”状分布。     

爆破载荷作用下围岩裂隙发展特征试验研究

为研究爆破载荷条件下围岩损伤范围与裂隙扩展行为问题,以云南红河州咪的隧道爆破开挖为背景,通过理论分析与室内模型试验分析方法,以Froude比例法建立爆破载荷作用下裂隙发展试验模型,分析爆破载荷作用下围岩试样的动态力学与裂隙发展趋势.结果表明:通过对空气间隔装药孔壁压力计算得到应力波作用下裂隙范围计算公式,同时基于爆生气...     

装药爆炸临界震塌爆距的计算分析

运用分段插值函数来表达石质坑道震塌计算经验公式中的爆距与洞跨径比影响系数,给出了隧道工程临界震塌爆距的实用计算方法;通过回归分析,得出了结构动、静载荷段交界点临界震塌爆距爆炸角的计算公式,可用于工程中区分结构动、静载荷段,以及确定结构最小安全防护层厚度。该方法计算过程简单,计算精度与原公式一致,并对在GBU-28装药爆炸作用下,一至四类围岩隧道工程震塌爆距进行了分析研究,得出了一些有益的结论,可供有关科研及工程实践参考。     

近间距隧道爆破地震效应的试验研究

为了解决层状岩体中采用钻爆法修建近距离双线隧道的爆破影响问题,基于现场试验,总结了爆破衰减规律.试验结果表明,新建隧道爆破时,振动速度随着与爆源距离的增大成非线性减小;振动速度具有很强的方向效应,迎爆面径向振动速度均大于切向振动,径向振动速度对既有隧道和新建隧道围岩的损伤起主导作用;采用上下台阶开挖时,上台阶爆破冲击波对既有隧道的影响比下台阶显著.根据萨道夫斯基回归公式给出了距爆源不同距离的单段最大装药量.将爆破对新建隧道本身围岩的损伤破坏和对相邻隧道的影响结合起来综合考虑,对层状岩体中隧道爆破参数进行了优化.     

爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法

针对岩体爆炸数值模拟中爆炸荷载参数与岩体振动阻尼参数等计算参数难以确定的问题,将具有收敛速度快、易于实现和全局寻优能力强等优点的差分进化算法(differential evolution, DE)算法融入三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)岩土工程数值计算程序,提出了爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法. 该方法从爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数的随机值出发,以岩体质点振动速度随时间变化过程的数值计算值与现场实测值的误差作为适应度,利用DE算法规则实现爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数耦合模式的合理进化,进而实现计算参数的快速自适应辨识. 龙滩水电站地下厂房爆炸开挖振动试验数值模拟研究结果表明,该方法是可行的,显著提高了岩体爆炸效应数值模拟结果的精度.     

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。     

浅谈拱坝灌浆廊道监测室开挖爆破振动监测和控制

钻爆开挖监测洞室的施工点临近新完成结构体,爆破振波必须严格控制在安全范围之内。根据爆破振动监测结果确定最大单响药量,结合爆破技术控制方案确定爆破振动控制在安全范围内,避免振波对帷幕系统造成破坏。工程实践表明通过寻求爆破振动在岩体中的传播规律,据此选择合理的钻爆施工参数、控制爆破振动的施工方案和振动监测能保证保护目标的安全。     

混凝土衬砌的爆振模拟试验研究

针对隧洞开挖施工中存在的爆破振动对混凝土衬砌的影响问题，就其试验研究的方法及爆破振动对混凝土强度的影响进行了探索和分析，得出了爆破振动速度与混凝土强度、在同一爆振速度下混凝土接受振动时的龄期与混凝土强度等关系曲线，从而确定出工程中所关心的安全振速、安全衬砌距离及合理衬砌时间等重要参数，并引用损伤理论对试验结果进行分析。     

层状复合岩体路堑开挖中预裂爆破技术应用

分析了预裂爆破技术在层状复合岩体中作用机理，对梁万高速公路A合同段层状复合岩体路堑开挖中预裂爆破参数设计进行了探讨，由于层状复合岩体特殊性质，岩体内不同岩层对应不同的线装药密度，为了控制爆破危害，保护被保护对象的要求，除严格遵守安全规程外，还需采取一些特殊的安全措施，通过现场试验，得到了较好的爆破效果。     

基于RHT模型的层理分布与爆破损伤关联耦合性分析

在层状围岩隧道钻爆施工中,层理往往会影响爆破效果,导致超欠挖、支护结构受力与设计不符、围岩稳定性不可控等不利后果,为此,基于某白云岩隧道掌子面特征及室内试验结果,通过数值模拟手段,利用RHT模型开展层理数量及分布对岩体爆破损伤关联耦合性影响分析。研究结果表明：用“接触”方式模拟层理能较好反映应力波在层理的反射、透射等力学行为特征,在特定条件下,应力波会在层理处形成应力波叠加,使得局部岩体的应力峰值变大,产生拉伸效应并激发裂纹;当冲击荷载超过层理强度阈值时,层理会被破坏而失去反射和透射作用;利用相邻层理间距的差值?H与损伤占比D_p作为拟合参数来揭示层理疏密程度与岩体爆破损伤的相关性,得到拟合公式D_p=6.54-0.12?H;当炮孔半径为R时,层理与炮孔距离小于18.3R时,层理对岩体爆破损伤演化的影响较小,大于18.3R时,层理对岩体爆破损伤演化的影响较大。     

岩体可爆性未确知测度分级模型研究与应用

基于未确知测度计算理论和熵权方法,建立岩体可爆性未确知测度分级模型.首先选取岩石抗压强度、抗拉强度、粘聚力、弹性模量、岩石质量指标(RQD)作为岩体可爆性分级指标,构建合理的未确知测度函数,然后根据测度函数,采用信息熵理论计算各岩体可爆性分级指标的未确知测度,得到可爆性综合测度;最后采用置信度判别准则对可爆性综合测度进行识别评测,完成岩体可爆性未确知测度分级评测.将该模型应用于福建上杭紫金山金铜矿岩体可爆性的分析,从而选择合理的露天台阶深孔爆破炸药单耗,为低成本规模化开采矿石资源提供理论依据.研究表明:岩体可爆性未确知测度分级模型是一种科学合理的岩体可爆性分级方法,确保了评测对象信息的完整性和评测结果的客观性、准确性、可靠性,为工程爆破岩体可爆性分级提供了一种新思维,具有工程实践指导意义.