大断面隧道爆破减孔布设方法研究

为解决大断面隧道钻爆法施工中钻孔数量大导致的钻孔成本高、施工进度慢的难题,提出了大断面隧道爆破减孔布设的新理论、新方法,将掏槽孔布置位置最大限度“向外推”,为辅助孔和解炮孔提供双向临空面,从而实现中间岩体宽孔距减孔布设,以雷榕高速公路白竹山隧道为工程依托,开展了现场爆破试验。试验结果表明:通过掏槽孔适当外推,中间岩体减孔布设,每循环钻孔数量可减少23个,节约钻孔时间0.6 h,全线59 km隧道将节约打孔时间约8850 h;减孔布设后,超挖厚度控制在15 cm以内,喷混超耗率控制在90%以内,爆破效果良好。

基于HJC本构模型的石灰岩冲击破坏形态数值模拟方法研究

为探寻石灰岩冲击荷载作用下数值模型参数选取的合理性,基于Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型构建石灰岩冲击破坏数值分析方法,同时对桐梓隧道现场钻取的石灰岩开展静力学试验,获得了基本物理力学参数。首先通过三轴围压实验、Hopkinson压杆等实验,获得了岩样极限面参数、压力参数和率效应参数;然后在SHPB冲击作用下进行了LS-DYNA数值模拟和室内试验,将两者计算结果进行了对比,最后以动态峰值应力为目标函数,对石灰岩HJC本构模型的21个参数进行了敏感性分析。结果表明:数值计算与SHPB室内试验取得的应力-应变曲线及破坏形态吻合度较好,表明了石灰岩HJC本构模型参数取值的合理性;石灰岩强度对参数f_(c)、A、B、N较为敏感,其强度增大或减小的最大变化率均超过10%。

白竹山隧道爆破超挖原因分析与控制研究

为探明雷榕高速公路白竹山隧道爆破超挖严重的根本原因,对现场爆破参数进行了数据采集,采用炮孔角度测量装置对周边孔钻孔角度进行了精确测量,理论计算了空气不耦合装药条件下粉碎区半径及裂隙区半径,分析了周边孔布设参数对隧道爆破超挖的影响规律。研究表明:周边孔孔口位置对其孔底分布位置影响较大,周边孔的外斜角度过大是造成白竹山隧道爆破超挖严重的主要原因;不耦合装药系数为1.30时,2号岩石乳化炸药在板岩中爆破形成的粉碎区半径为2.02 cm,裂隙区半径为78.93 cm;白竹山隧道爆破降低超挖量的核心是严格控制周边孔的外斜角度,将周边孔孔口布设在距离设计轮廓线内15 cm位置,以≤3°的斜率向断面外倾斜,能够将超挖厚度控制在15 cm以内,爆破效果较好。

大断面隧道楔形掏槽孔布设优化研究与应用

为探明楔形掏槽孔倾斜角度对大断面隧道爆破效果的影响规律,以铜安高速巴岳山隧道为工程背景,结合楔形掏槽爆破破岩理论,借助力学实验获取岩体参数,建立不同倾斜角度的楔形掏模型,从应力波传播、围岩动态损伤和槽腔演化角度3个方面分析楔形掏槽孔倾斜角度对爆破效果的影响规律,提出Ⅲ围岩的最佳楔形掏槽孔布设角度。结果表明:60°布孔方式有效应力最大;70°布孔方式围岩损伤区域略大于60°,但60°布孔方式孔底围岩损伤区域最为平整;60°布孔方式的槽腔体积最大,水平方向最大尺寸约为2.18 m,垂直方向约为1.68 m;现场试验炮孔平均利用率为86.74%,炸药单耗量降低了0.02 kg/m^(3)。综上所述,Ⅲ级围岩掏槽孔的最优布设角度为60°。

动静荷载作用下灰岩和白云岩破坏机理研究

为研究岩石在动静荷载作用下的破坏机理,以西南地区常见的灰岩及白云岩为研究对象。通过X射线衍射和电镜扫描讨论岩石固体相及细观结构的差异性,基于岩石三轴试验系统及分离式霍普金森压杆系统开展静力学试验和动态冲击试验,分析岩石在动静荷载作用下的破坏机理。结果表明:灰岩与白云岩固体相物质成分及细观结构存在较大差异性;灰岩在静单轴压缩荷载下以剪切破坏为主,在冲击荷载作用下呈现轴向劈裂破坏;白云岩在静单轴压缩荷载下以劈裂破坏为主,在冲击荷载作用下呈压碎破坏形式;两类岩石的动态抗压强度、单位体积吸收能随应变率的增加显著增大且率相关性明显。岩石固体相及微观结构的差异性是导致其破坏机理不同的重要原因。