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.     

水压爆破的数值模拟

采用LS-DYNA有限元模拟方法建立了水压爆破模拟模型,并对水压爆破进行了数值模拟。提出了水压爆破壁体受首次冲击波、底板反射压缩波、对面壁体反射压缩波和气泡脉冲等四种荷载作用的观点,为水压爆破准静压作用的原理提供了依据。     

水压爆破的数值模拟

采用LS-DYNA有限元模拟方法建立了水压爆破模拟模型,并对水压爆破进行了数值模拟。提出了水压爆破壁体受首次冲击波、底板反射压缩波、对面壁体反射压缩波和气泡脉冲等四种荷载作用的观点,为水压爆破准静压作用的原理提供了依据。     

大断面斋堂隧道爆破近区围岩损伤研究

爆破荷载作用下隧道爆破近区围岩损伤特性研究较少. 以斋堂隧道为工程背景,通过现场声波测试和数值模拟的方法,研究了隧道围岩损伤效应及毫秒延期爆破中不同段炮孔对围岩损伤的影响. 研究结果表明：隧道围岩损伤范围约为2.4 m,隧道围岩累积损伤由爆炸冲击损伤和爆破振动损伤两部分组成. 隧道保留岩体根据损伤分布特征情况可划分为4个不同区域,即严重破坏区、强扰动区、弱扰动区和未扰动区. 其中,严重破坏区和强扰动区主要受崩落孔VI和周边孔影响;弱扰动区中的“带状损伤”则是各个段位炮孔综合作用的结果.     

岩石多孔爆破振动数值模拟研究

为研究多孔爆破条件下的岩体破碎和爆破振动,采用完全重启动数值模拟方法和拉格朗日算法计算岩体爆破破碎过程,获得了岩体特征点的爆炸振动数据,对数值模拟和现场监测特征点振动速度进行对比,二者比较吻合. 研究结果表明,采用拉格朗日算法和完全重启动数值模拟方法可以较好地描述多孔岩体爆破过程中各起爆段别破碎和振动情况.     

危桥爆破拆除设计与数值模拟

目前,拆除爆破法越来越多地用于桥梁的拆除爆破。拆除爆破法能够很好地满足安全性和经济性要求,还能有效节约时间,它是一种高效、便捷的拆除方法。文章针对双孔危桥进行了拆除爆破设计,并进行数值模拟,爆破效果基本满足设计要求。     

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...     

盾构隧道水平单孔多次爆破超前致裂数值模拟研究

针对盾构法隧道掘进过程中经常遇到坚硬基岩侵入的问题,结合钻爆法和盾构法隧道掘进施工特点,提出了一种盾构隧道水平单孔多次爆破超前致裂技术,并采用ANSYS/LS-DYNA软件开展数值模拟研究。结果表明,运用完全重启动技术和初始体积分数法,后续爆破完全继承了模型上一次爆破后的应力与损伤等相关变量,经过水平单孔3次爆破,隧道模型炮孔底部空腔半径由10 cm逐步扩大至35 cm,模型轴向损伤影响深度由125 cm逐步扩大至916 cm,径向损伤影响半径由68 cm逐步扩大至整个断面,且对隧道周边围岩的损伤较小,可实现盾构隧道掘进路线岩体的超前致裂效果。     

综放收尾切眼围岩稳定性数值模拟

采用数值模拟方法,对综放开采方法中的创新技术——综放收尾切眼技术中的围岩支护设计和围岩稳定性进行了系统分析,通过对无支护、锚杆一索一网联合支护、锚杆一索一网加钢棚架加强联合支护三种方案的计算分析,优选出了收尾切眼围岩的支护设计方案,为收尾切眼围岩稳定性控制提供了可靠依据,在工程实践中取得了显著的社会和经济效益。     

极薄煤层长钻孔松动爆破的数值模拟及应用

为了使长钻孔爆破能够松动大面积煤岩体,提高采煤效率,以安泰煤矿极薄硬质煤层为研究对象,利用ANASYS/LS-DYNA程序算法原理对爆炸后应力波的传播过程进行数值模拟,得到既能达到松动效果又不大面积损坏上覆岩的不耦合系数,以及装药孔壁径向初始应力峰值,通过理论计算得出其他爆破参数。实践证明：应用该方法能有效提高采煤效率,现场松动爆破后,月产煤量由原来的900 t提高到1 840 t。     

爆破载荷下岩石的拉压损伤模型

根据岩石材料动态受拉表现为弹脆性、动态受压表现为弹塑性的特点,应用应变余能等效假说分别建立以裂纹密度表征拉伸损伤变量的动态拉损伤模型和以等效塑性应变表征压缩损伤变量的动态压损伤模型。在所建立的拉压损伤模型中考虑初始损伤的影响,并给出用于评价围岩是否受爆破影响的损伤阀值的计算公式。将所建立的拉压损伤模型和其他2种爆破损伤模型引入LS-DYNA中进行数值模拟,并将模拟结果与现场实测结果进行对比。研究结果表明：损伤主要沿炮孔径向扩展;与装药段平行的围岩中损伤半径的变化不大且主要为拉伸损伤;与堵塞段平行的围岩越接近地表,损伤半径越大,且在地表处有最大值;孔底部损伤主要为压缩损伤且损伤区域较小;采用拉压损伤模型所得的模拟结果与实测结果较吻合,表明所建立的抗压损伤模型具有工程实用性。     

内蒙古霍各气铜矿采空区稳定性分析与处理

详尽论述了内蒙古霍各气铜矿的基本情况、工程地质环境条件、空区特征、空区稳定性等影响因素，对空区分别运用理论和数值模拟的方法进行了分析和计算，并对两种计算方法得出的空区稳定性安全系数进行了对比分析．根据得出的主要计算结果分析了空区的稳定性，并结合工程实践提出了相应的处理措施和建议，成功地解决了霍各气铜矿由地下开采转为露天开采时所遗留的空区问题，实践证明具有较高的实用性并产生了巨大的经济效益．     

四面山砂泥互层隧道爆破参数优化研究

在近水平软硬互层围岩隧道钻爆开挖的过程中,由于水平方向层理、节理、弱面以及软弱夹层的存在,使得光面爆破的轮廓平整度很难得到保证,并导致较为严重的超欠挖现象。以四面山层状围岩隧道为工程依托,基于X射线衍射试验以及室内物理力学试验所获取的砂、泥岩的力学参数,综合考虑微差、孔间距、不耦合系数等因素,采用正交试验制定了砂泥互层围岩隧道爆破模拟方案,并对重庆江习四面山近水平砂泥互层围岩隧道进行了爆破优化数值模拟,得到了层状围岩隧道爆破优化方案,将原爆破方案及优化方案与现场测试结果进行了对比,结果表明模拟结果与现场测试值基本符合．研究成果可在类似隧道爆破施工中推广应用。     

冲击荷载作用下岩石压动态和拉动态损伤模型

根据经典岩石冲击动态损伤模型和统计损伤力学理论,提出冲击荷载加载条件下的岩石压、拉统计损伤本构模型和冲击损伤判据模型。在该损伤模型中,将损伤演化关系分为体积压缩损伤和体积拉伸损伤2种。应用提出的损伤模型和经典动态拉伸损伤模型分别进行爆破损伤数值模拟,并将数值计算结果和现场实测结果进行对比。研究结果表明：与炮孔轴向相比,炮孔径向是爆破破裂延伸的主方向;沿炮孔径向主要发生拉伸破裂,孔底下方主要发生压缩破裂;与基于经典冲击动态拉伸损伤模型的数值计算结果相比,根据损伤模型得到的爆破破裂范围特别是孔底正下方破裂深度与实测值相差不大且最接近实测值,表明所提出的损伤模型是合理的,具有实用性。     

浅埋偏压软弱围岩高铁隧道施工技术

通过建立FLAC 3D模型,对浅埋偏压Ⅴ级围岩条件下高铁隧道CRD施工的关键技术进行了数值模拟,结果表明:临时支撑对控制围岩竖向位移及初期支护封闭成环控制水平收敛各自起到重要作用;通过改变施工顺序,先开挖埋深小的一侧导洞可减小围岩塑性区,围岩水平收敛也可得到一定程度的控制,但对地表沉降影响不大;仅靠改变施工顺序提高围岩稳定性效果有限,应注重管棚、小导管注浆等加固措施。     

高水头作用下深埋长大隧洞围岩稳定的数值模拟研究

在深埋隧洞开挖过程中,不可避免地将会遇到高水压和高应力,以及这两个因素所控制和诱发的问题,因此分析水压作用对围岩稳定性的影响具有重要意义。针对研究高水压对深埋隧洞围岩稳定性的影响,结合锦屏二级水电站引水隧洞的实例采用FLAC3D软件进行数值模拟。通过计算不同水压力条件下的围岩最大变形量,建立围岩最大变形量与水压力之间的关系,求解临界水压力。当岩体强度满足一定条件时,只要水压力小于临界水压力,就可忽略水压对围岩稳定性的影响。结果表明:对于白山组大理岩Ⅱ类围岩可忽略水压作用;而对于白山组大理岩Ⅲ类围岩,高水压对其影响比较大,出现严重变形,需做支护处理。     

周边孔外插角对隧道爆破超挖的影响: 以巴岳山隧道工程为例

为研究周边孔外插角对于隧道爆破开挖超挖的影响,依托铜安高速中的巴岳山隧道工程,采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了隧道周边孔外插角为3°、4°、5°的三维数值模型,数值模拟计算得出结果后,分析围岩损伤以及有效应力与周边孔外插角大小的关系.结果表明:随着周边孔外插角的增大,超挖量也随之增大,外插角为4°和5°时岩体超挖超过了 15 cm;当外插角大于4°和5°时,岩体的有效应力超过了岩体强度;基于对围岩损伤和有效应力的分析,周边孔的外插角不宜大于4°.     

磨料水射流割缝裂隙带对洞库围岩稳定性的影响

利用割缝设备在洞库上方的围岩中制造分布合理的人造节理并结合填充介质可以有效地衰减爆炸应力波。为了验证采用磨料射流割缝设备在洞库围岩中进行人工割缝及充填材料前后围岩开挖的稳定性,利用FLAC3D与Midas对磨料水射流人工割缝及充填材料前后的大跨洞库及围岩进行了数值模拟研究,对数值模拟中围岩的稳定性进行实时监测与分析。结果表明,裂隙开挖后洞库位移略有增加,但基本处于稳定状态;利用碎石进行充填裂隙后,碎石的扰动作用使其位移进一步增加,但增加量极小,洞库仍处于稳态;可利用锚杆支护减小位移、增加稳定性。因此,在洞库围岩中进行人工割缝构建填充裂隙群对于整体围岩的稳定性影响较小,研究成果可为地下工程抗爆削波防护设计提供参考。