炮孔间距对偏心不耦合装药贯通裂纹扩展的影响

为研究光面爆破中偏心不耦合装药炮孔间距对贯通裂纹扩展的影响,利用同心不耦合装药的孔壁压力计算公式并结合应力波叠加原理,推导偏心不耦合装药的炮孔间距计算方法。基于求得的炮孔间距范围,计算3种岩石介质在不同炮孔间距条件下贯通裂纹的扩展位置,并选择砂岩材料进行数值模拟。结果表明:偏心不耦合装药爆破中,贯通裂纹主要集中于偏心侧;抗拉强度大的岩石,贯通裂纹偏离炮孔连心线的程度也较大。砂岩的炮孔间距为60 cm时,贯通裂纹扩展方向与炮孔连心线重合,连心线下方出现裂纹比较集中的贯通区域;炮孔间距的增大导致贯通裂纹远离炮孔连心线,从而造成欠挖。偏心不耦合装药爆破后,偏心侧岩石的损伤明显大于非偏心侧。

偏心不耦合装药爆破损伤分布特征研究

为了减小地下工程开挖中存在的损伤偏心效应,本文基于LS-DYNA软件,采用RHT模型,研究了炸药位置与不耦合系数对岩体爆炸损伤分布的影响规律,结合爆炸压力时程曲线分析应力波对炮孔壁的作用。结果表明:与同心不耦合装药结构相比,偏心不耦合装药改变了炮孔周围岩体的损伤分布,耦合侧出现明显的破碎区,同时也抑制了径向裂纹的扩展,不耦合侧出现应力波叠加效应,径向裂纹发育较为充分。随着不耦合系数的增加,耦合侧损伤更加明显,逐渐占据主导地位。该研究揭示了偏心不耦合装药结构应力波作用机理,对工程中降低围岩损伤破坏具有一定的参考价值。

偏心不耦合装药爆破裂纹扩展实验研究

为了研究偏心不耦合装药结构下爆炸裂纹扩展规律,以有机玻璃板为介质,采用不同装药不耦合系数(分别为1.00、1.29、1.57、1.71、1.86、2.00、2.28)的装药结构进行爆炸实验。实验表明:偏心不耦合装药时炸药爆炸在炮孔周围形成的微裂纹区半径是不均匀的;随着装药不耦合系数的增大,耦合侧和不耦合侧的微裂纹区半径差值是逐渐增大的。在不耦合系数为1.71时,耦合侧最长主裂纹长度、主裂纹总长度、主裂纹平均长度达到最大;同时耦合侧与不耦合侧最长主裂纹长度差值、主裂纹总长度差值及主裂纹平均长度差值也达到最大。该研究为改进和优化偏心不耦合装药结构、降低爆破对围岩损伤破坏具有一定的参考价值。

偏心不耦合装药孔壁压力与损伤效应数值模拟

为了研究偏心不耦合装药孔壁压力与损伤效应,使用ANSYS/LS-DYNA,对相同装药不耦合系数(K=1.68)下同心不耦合装药和偏心不耦合装药五孔爆破模型进行数值模拟。结果表明:同心不耦合装药孔壁各测点的压力峰值与峰值出现时间基本相同,偏心不耦合装药孔壁各测点的压力峰值按耦合点到最远不耦合点的顺序减小,压力峰值出现时间则逐渐延迟;同心不耦合装药各炮孔周围上下两侧所形成的粉碎区、裂隙区范围基本一致,相邻炮孔之间裂隙贯穿效果良好,偏心不耦合装药各炮孔周围耦合侧粉碎区、裂隙区半径分别约为0.2m和0.45m,不耦合侧几乎没有形成粉碎区且裂隙区半径均在0.2m左右,耦合侧损伤分布明显优于不耦合侧,相邻炮孔之间仍可以形成贯穿裂隙。

偏心不耦合装药爆破参数理论分析

在边坡开挖工程中,光面(预裂)爆破常常都采用偏心不耦合装药结构。提出了一种表征偏心不耦合装药爆破时,计算不同点孔壁压力的一个重要参数,即点不耦合系数。在此基础上,计算了孔壁各点压力,分析了偏心装药爆破时合理的点不耦合系数的取值。研究结果对于指导光面爆破参数选取有一定的参考价值。

偏心不耦合装药对岩石损伤的试验研究

对露天边坡倾斜孔偏心不耦合装药光面爆破的边坡开挖壁面上按不同区域、不同岩石钻取岩芯,计算岩芯率,分析岩芯切片的微观损伤破坏规律,并在爆破孔旁侧钻孔测试声速并分析其规律。结果表明,偏心不耦合装药爆破引起边坡岩体损伤层厚度均达到1.5 m左右。还计算了水泥砂浆模型孔壁应力和模型侧面应变在孔壁不同方向的应力、应变峰值增大率。结果也表明,炸药紧贴孔壁的应力、应变峰值比其它方向高出5—10倍以上。实验结果为更合理地进行穿爆工作提供依据。

偏心不耦合装药爆炸应力场的动光弹研究

利用全息动光弹实验系统对偏心不耦合装药爆炸应力场进行了研究。结果表明：装药结构对围岩中应力波的产生和发展有显著的影响；围岩中初始应力波峰值压力分布随药包与腔壁间隙的增大而降低；由于药包的偏心作用、围岩中产生的Ｓ波较球形耦合装药显著增强；Ｓ波的波阵面与爆扩形成的腔体形状有明显的几何相似特性，表明了围岩的破坏主要是Ｓ波作用的结果。该研究结果对于改进光面爆破装药结构提高光爆效果同样具有一定的借鉴价值。

偏心不耦合装药爆破试验研究

通过水泥沙浆模型试验研究了偏心不耦合装药爆破的偏心效应,同时在石灰石块体上通过岩石声速评价对比试验,研究了药柱偏心和同心的光面爆破。实验结果表明,偏心不耦合装药在孔壁上形成明显的偏心应力场。这些结论可以作为光面爆破设计的依据。

偏心不耦合装药爆破损伤分布特征数值模拟

偏心不耦合装药结构由于药卷紧贴炮孔孔壁一侧造成岩体中的爆炸能量分布不均,会影响到光面爆破效果,研究其爆破损伤问题可为实际工程施工提供参考依据。文章基于显式动力分析软件,采用材料本构HJC模型,通过观察爆破过程中炮孔周围岩体压碎区、破坏区和裂隙区范围的变化,研究装药位置、耦合介质以及不耦合系数对岩体的爆破损伤分布特征的影响规律。结果表明:同心不耦合装药炮孔周围相同爆心距下岩体的损伤程度基本相同,偏心不耦合装药炮孔周围耦合侧岩体的压碎区与破坏区范围均大于不耦合侧岩体,能降低对预留侧岩体的损伤并更加充分地破碎开挖侧岩体;偏心不耦合装药条件下,水耦合介质爆破造成的岩体压碎区与破坏区范围远大于空气耦合介质,并会加剧对预留岩体的损伤;在偏心不耦合装药采用空气耦合介质情况下,随着不耦合系数的增加,耦合侧岩体的压碎区、裂隙区和破坏区范围呈先快后慢的减小趋势,不耦合侧岩体裂隙区与破坏区范围呈线性减小趋势,当不耦合系数取1.7时,爆破效果最佳。

炮孔偏心不耦合装药爆破效应数值模拟

为了研究炮孔偏心不耦合装药爆破效应,利用非线性动力分析平台,模拟了不同不耦合系数时炮孔周围的裂纹分布情况以及同心不耦合装药和偏心不耦合装药形成的爆炸应力场。研究结果表明:耦合侧裂纹总长度、裂纹平均长度和最长裂纹长度始终大于不耦合侧,不耦合系数为1.71时耦合侧与不耦合侧裂纹总长度、裂纹平均长度和最长裂纹长度的差值和比值都达到最大,K=1.71为改进偏心不耦合装药结构的最佳不耦合系数;同心不耦合装药形成的爆炸应力场在炮孔周围均匀分布,偏心不耦合装药形成的爆炸应力场则偏向于耦合侧,由于药卷周围不均匀的空气间隔对爆炸载荷产生了不同程度的缓冲和延迟作用,偏心不耦合装药不耦合侧等效应力峰值小于耦合侧,且不耦合侧等效应力峰值出现时间也滞后于耦合侧。

偏心不耦合装药爆炸荷载作用下岩石损伤效应研究

为了研究触壁偏心和非触壁偏心不耦合装药结构条件下岩石损伤效应和炮孔孔壁压力,采用Ansys/ls-dyna有限元软件对不同偏心不耦合系数时爆炸荷载作用下的岩石损伤进行数值模拟。结果表明,靠近装药侧岩石破碎区域较为明显;触壁偏心不耦合装药结构条件下,随不耦合系数的增加,岩石破碎区半径呈现逐渐减小的趋势,岩石裂隙区半径呈先增大后减小的变化规律。装药不耦合系数对相应测点的孔壁压力有着重要影响,距药卷最近的测点孔壁压力峰值最大。非触壁偏心不耦合装药结构条件下,随药包中心与炮孔中心距离的增加,岩石破碎区和裂隙区半径均呈现逐渐增加的趋势。

偏心不耦合系数对爆破裂隙影响的数值模拟

为了探究偏心不耦合爆破岩石的最优不耦合系数,建立6组单孔二维ANSYS/LS-DYNA模型,分析PK本构岩石在偏心不耦合爆破荷载作用下的损伤效应。结果表明:①随着偏心不耦合系数的增加,不耦合侧破碎区半径呈现先显著减小再缓慢减小的趋势,而耦合侧为先快速增大再缓慢减小;不耦合侧裂隙延伸长度呈现先略减小而后缓慢增加最后显著降低的趋势,耦合侧则基本不变;不耦合侧爆心距20 cm处质点振动峰值速度呈显著增加趋势;②当不耦合系数不变时,岩石抗压强度越大裂隙延伸长度越长,反之越短。当不耦合系数k=1.7时,不同抗压强度岩石在偏心爆破荷载作用下实现不耦合侧破碎区半径最小而耦合侧较大,不耦合侧裂隙少且耦合侧较发育,有效减小非爆破区岩石爆破效应,为最优偏心不耦合系数。

不耦合偏心装药结构爆破损伤破坏的分形研究

为研究不耦合偏心装药结构的爆后损伤范围与损伤程度,以有机玻璃(PMMA)为实验材料,设计爆破二维模型实验,通过数字图像处理方法,计算炮孔周围不同区域的损伤变量,并基于计盒维数理论,编写MATLAB程序计算不同区域爆生裂纹的分形维数。研究表明:①不耦合偏心装药结构的爆后损伤分布呈现显著的非对称性,损伤变量的数值关系:偏心装药耦合侧>中心不耦合装药结构>偏心装药不耦合侧。②爆生裂纹分布符合分形规律,分形维数的相对大小与损伤变量具有一致性,分形维数可准确表征爆后介质的损伤破坏。③通过回归分析与线性拟合,得到损伤变量与分形维数之间的幂函数关系,建立了相应的损伤预测模型。

不耦合装药爆破效应数值分析

不耦合装药是现代爆破技术应用的主要措施之一。利用有限元程序ANSYS/LSDYNA首先对不同不耦合系数条件下的爆破进行了数值模拟,然后对偏心和同心不耦合装药爆破进行了对比分析。计算结果表明,不耦合系数取3.0比较合理,偏心不耦合装药爆破在孔壁会产生明显的偏心效应。

地应力作用下偏心装药的炮孔裂隙分布

根据爆炸应力波和爆生气体的理论,考虑地应力的作用,结合断裂力学中最大周向应力理论,推导出了偏心不耦合装药条件下初始裂隙和扩展裂隙的计算公式。选取2号岩石乳化炸药和3类典型岩石参数对偏心不耦合装药下的裂隙范围进行了计算,并分析地应力对爆炸应力波引起的初始裂隙的影响。结果表明:炮孔壁上各点的不耦合系数由偏转角度α、炮孔与药卷半径之差决定;炮孔上不耦合系数的不同,致使偏心不耦合装药结构下裂隙分布十分不均匀,耦合侧与不耦合侧裂隙长度存在较大差异;地应力的存在抑制了裂隙的扩展,随着地应力的不断增大,炮孔周边裂隙范围逐渐减小,不耦合侧最短裂隙对应角度α逐渐增大,且其裂隙范围接近粉碎区半径。当3类岩石爆破施工中遇到高地应力时,采用三角形布孔,考虑不耦合侧裂隙很短或者不产在的情况,炮孔间距应控制在0.45~0.70 m之间。