岩体单孔爆破损伤的三维数值模拟研究

为了探究单孔爆破情况下岩石损伤情况,基于ANSYS/LS-DYNA软件,采用RHT材料模型,建立了多组三维数值模型,探究了三维空间下岩石单孔爆破在不同装药长度、不同地应力条件下的损伤情况,并结合自定义变量—有效损伤率来表征岩石在单孔爆破条件下损伤的时空演化规律。结果表明:从孔底到自由面,岩石的损伤逐渐增大,距离炮孔越近,岩石的损伤越严重;随着装药长度的增加,围岩对药卷的空间约束作用也在增强,岩石损伤的增长速率会逐渐减小;地应力在岩石的爆破过程中对岩石损伤具有抑制作用,且岩石损伤会向着地应力最大的方向发展。

基于单孔爆破的节理裂隙减振模型试验研究

在复杂环境的城市地下工程进行爆破开挖,对青岛地铁控制爆破振动危害提出了极高标准;基于考虑富含天然裂隙岩石地质条件下,通过模型试验研究了岩体裂隙对爆破振动波传播规律的影响。试验结果表明,岩体裂隙的存在阻碍了爆破振动波的传播,明显降低了爆破振动效应,当增加装药量时,爆破振动效应就越强且趋势变快,爆破振动频率也越靠近建筑物固有频率;当裂隙深度发育越深时,爆破振动效应就越弱,可裂隙深度过大,降低爆破振动效应程度并不明显;同时裂隙深度的发育,对各向爆破振动频率影响趋势基本一致,表现出波动性极小。波形频谱表明单孔爆破试验中爆破振动信号波形简单,振动峰值和频率单一。

不同装药量单孔爆破振动效应试验研究

在城市地下工程爆破施工中,随着爆破规模的不断扩大和地上地下环境的复杂,对改进爆破工艺、改善爆破效果、降低爆破振动效应提出了越来越高的要求。本文通过改变不同装药量0.7～2.0g,对存在预裂缝条件下进行爆破振动测试,重点研究了单孔爆破振动效应。研究结果表明:装药量的变化将直接影响到振动峰值速度的大小,不同装药量时,峰值速度随装药量的增加而变大,且药量达到一定值时,峰值速度以非线性函数式急剧增大;同时,随装药量的增加主频率也在降低,与速度变化率相比之下,主频率的变化较缓和些。

单孔爆破振动周期变化特征的分析

从理论上分析了单孔爆破振动周期随距离的变化特征,并通过试验对其进行了验证。在近爆区范围内爆破振动的首周期和次周期变化不超过10ms,且爆破振动持续时间短,因此可以用近爆区范围内振动周期的均值来代表这个范围内的爆破振动周期,可为确定合理的延时范围提供参考依据。

降低单孔爆破振动的试验研究

在露天开挖爆破工程中,随着爆破规模的不断扩大和爆破环境的复杂,对改进爆破工艺、改善爆破效果、确保爆破安全提出了越来越高的要求。本文结合实际工程,在分析影响爆破振动因素的基础上,通过重复性爆破试验,重点研究了降低单孔爆破振动的方法,此研究结论对特殊环境下爆破施工具有指导意义。

钻爆法施工中单孔爆破的精细化数值模拟

针对钻爆法施工中常见的炮孔装药结构和围岩条件,建立相应的数值模型,对单孔爆破进行流固耦合的精细化数值模拟。以轴向不耦合系数K_L=1.64的炮孔为例,设其粉碎区和破裂区的形成时间约为100μs和500μs,半径分别为炮孔半径的3.9倍和35倍。当炮孔有效半径(近似粉碎区与破裂区交界处)上径向压力时程的峰值达到296 MPa时,沿着径向呈指数型衰减,其衰减系数α约为-0.87。进一步地,对其余4种不同轴向不耦合系数的炮孔,也展开类似的精细化数值模拟。认为有效半径R_(eq)上的径向压力峰值p_(eq)随不耦合系数K_L的增大呈指数型衰减,并提出了相应的半理论半经验公式。研究结果为进一步确定等效爆破荷载提供了重要依据。

单孔爆破振动不耦合效应试验研究

单孔爆破是各种爆破技术研究的基础，通过改变不耦合系数1．0～1．7，对距炮孔中心不同距离进行爆破振动测试，研究了单孔爆破振动的不耦合效应。不耦合装药能够显著地降低振动速度峰值，相同耦合系数条件下爆破振动速度随着距离增加而成指数衰减，在相同距离时最大降振率可以达到80％。在单孔爆破振动测试试验基础上，给出了不耦合系数与振动强度及距爆源距离的关系。

某露天矿单孔爆破试验

通过在某大型露天铁矿进行一系列单孔爆破现场(劈裂爆破)试验,研究评价了最小抵抗线对各种爆破参数的影响,以期保证安全而经济的爆破作业。本文叙述了现场试验方法,以及最小抵抗线的最优值和临界值的确定。所确定的最优的和临界的最小抵抗线也用台阶高度和炮孔直径表达。另外,还分别建立和讨论了最小抵抗线与开裂角、爆破量、抛掷距离和爆破后冲之间的关系。研究结果表明,当最小抵抗线约为台阶高度一半时,爆破量最大。

单孔爆破作用下隧道围岩损伤范围计算及影响因素分析研究

为解决隧道爆破损伤范围计算不精确问题,基于D-P准则及断裂力学原理,提出一种单孔爆破作用下隧道围岩损伤范围计算方法,并基于依托工程进行应用分析。结果表明:计算所得粉碎区半径为242 mm,位于实测值范围内,裂隙Ⅰ区略大于粉碎区半径,裂隙Ⅱ区半径为1473 mm,略大于实测值范围,计算结果与有限元模拟结果接近;单孔爆破作用下围岩于130μs形成粉碎区,于220μs形成裂隙Ⅰ区,于220~820μs裂隙Ⅰ区范围裂隙扩展,于820μs形成裂隙Ⅱ区;X、Y方向振速分别于裂隙Ⅱ区、粉碎区范围内随爆心距增加衰减速率增大;单孔爆破作用下粉碎区半径的主控因素为炸药爆速D,裂隙Ⅰ区半径、裂隙Ⅱ区半径的主控因素为泊松比μ。

基于ANSYS/LS-DYNA的岩石爆破数值模拟分析

为研究不同地应力场对岩石爆破裂纹扩展效果的影响,利用ANSYS/LS-DYNA构建了多组二维数值模型,模拟了不同地应力条件下的岩体爆破过程,对比分析其破碎区及爆破裂纹形态差异情况,以及不同方向上各测点单元的切向应力时程曲线变化情况。结果表明:地应力在岩石的爆破过程中对岩石损伤具有抑制作用,裂纹会向着地应力最大的方向发展,且随着侧压系数的增大,裂纹差异越大;地应力对其爆破破碎区的形成有显著影响;随着地应力的增加,切向拉应力峰值逐渐减小,作用时间随之缩短。

多孔爆破振动强度的单孔波形叠加计算

为减少现场爆破振动测试工作量 ,解决爆心距较小时 ,爆区线性长度对振动数据的影响问题 ,开展了用单孔爆破振动数据进行多孔爆破振动强度计算的试验研究。试验表明 ,该方法简单、有效。

单孔不耦合装药爆破的岩体损伤分布特征研究

开挖爆破作用下岩体损伤分布特征研究是地下工程围岩加固和边坡支挡防护设计的基础。通过弹性模量定义损伤因子以及对不耦合装药爆破进行损伤分区及其特征描述,应用Taylor提出的有效弹性模量计算方法,分别按照爆炸应力波衰减规律和厚壁圆筒理论建立相应的单孔爆破下损伤分布特征公式,进而叠加得到爆炸应力波与准静态气体共同作用下损伤分布特征公式。援引损伤实验数据分析其可行性和准确性,结果表明:该理论公式与实验数据的相关性较好,准确性较高,可表征爆破损伤分布特征及预估损伤范围;不耦合装药爆破的损伤因子呈幂函数衰减,其衰减速率在K≥K 0时呈逐渐减小的趋势,在K<K 0时呈先增大后减小的趋势,同时衰减速率又随着不耦合系数增大而增大;其他条件相同时,爆破损伤范围随着不耦合系数增大而减小;从损伤角度阐明了光面爆破或预裂爆破装药结构采用合适的不耦合系数的必要性。

单孔护壁爆破数值模拟

运用LS—DYNA软件对单孔护壁爆破和切缝药包爆破进行了三维数值模拟，结果显示，由于PVC—U套管的存在，作用于孔壁的爆炸应力波峰值被显著削弱，降低率达到30％～46％。并推迟了其到达保留岩体孔壁时问。与传统的切缝药包爆破相比，保留岩体损伤更小。

单孔台阶爆破参数与破碎块度关系的统计分析

利用统计分析方法 ,揭示破碎梯度n、平均块度K50 与不同性质岩石的爆破参数之间的内在联系。爆破试验在宣化钢铁公司近北庄铁矿露天采场进行。按普氏硬度系数的不同 ,把三个试验地点的岩石分为软岩、硬岩、坚硬岩石三类。只考虑抵抗线、台阶高与药量三个主要爆破参数对破碎块度的影响。用筛分法进行块度统计 ,并根据统计结果 ,画出破碎块度分布图。在试验设计和方差分析时 ,采用了Yates的方法 。

等效荷载法在超大断面公路隧道爆破数值计算中的适用性

为了探究选取最优的计算方法研究超大断面公路隧道爆破施工对先后行隧道的影响,分别采用流固耦合法、初始体积分数法和等效荷载法建立单孔爆破有限元模型模拟单孔耦合装药情况下的爆破过程,从岩体破碎效果、计算效率等方面对比选定等效荷载法为最优的计算方法,并建立隧道数值模型应用等效荷载法计算研究后行隧道爆破对先后行隧道结构的影响。结果表明:①后行隧道爆破施工时先行隧道综合振速显著区域出现在隧道掘进方向上,逆隧道掘进方向隧道衬砌动力响应程度较小;②先行隧道受影响最大位置为迎爆侧右边墙,影响最小位置出现在背爆侧左拱脚;③后行隧道监测断面振速最大值出现在左拱腰位置,施工时要重点监测。

基于爆破漏斗试验在马坑铁矿VCR成井爆破技术中的应用

高位溜井的施工一直是一个技术难题,为简易、安全、高效地施工高位溜井,马坑铁矿拟采用VCR成井爆破技术,解决高位溜井施工环境差、通风困难等施工难题。以利文斯顿爆破漏斗理论为基础,对马坑铁矿进行单孔爆破漏斗试验,试验采用2#岩石乳化炸药,药量分别为150 g和300 g。试验结果得出药包最佳埋置深度及爆破漏斗半径,根据药包比例埋深及对应的漏斗半径,经单位炸药量爆破漏斗体积公式换算,确定VCR成井技术的炮孔合理间距、装药长度及孔底堵塞长度。

地下矿山深孔崩矿爆破漏斗试验研究

为配合某矿山的深孔采矿试验,在与试采采场岩性相似的巷道内布置了12个单孔、4个变孔进行爆破漏斗试验。对现场应用的乳化炸药爆破漏斗特性曲线、爆破漏斗体积与炸药埋深关系、漏斗半径与炸药埋深关系、爆破漏斗的最佳埋深与临界埋深、爆堆块度等进行了分析研究。试验得出最佳埋深为1.09 m,临界埋深为1.65 m,最佳漏斗半径为0.79 m,最佳漏斗体积为0.37 m3,孔间距为最佳爆破漏斗半径的1.9倍,块度平均合格率为58.4%。试验表明,爆破漏斗试验在深孔爆破实践中具有重要指导作用。

深孔预裂爆破技术对瓦斯抽采半径影响研究

针对文家坝煤矿A110605工作面的瓦斯抽采问题,采用COMSOL软件模拟了深孔预裂爆破的影响范围,以残余瓦斯含量为指标,分析了深孔预裂爆破对瓦斯抽采半径的影响,研究结果表明:双孔预裂爆破的有效影响范围是单孔爆破的2.5倍;双孔预裂爆破将6#煤层的抽采半径提高了约7倍,单孔爆破使钻孔的抽采浓度增加了2倍,双孔爆破使钻孔的抽采浓度增加了2.17倍,增透效果明显提高。

径向不耦合装药爆压消峰作用及其对岩石破裂范围影响

弄清单孔爆破岩石破裂规律是揭示群孔爆破岩石破碎机理的基础。从理论上阐明了单孔爆破岩石破裂机理,采用高能爆轰炸药模型和混凝土损伤模型,分别模拟了空气与水不耦合装药下单孔爆破的应力变化过程、裂纹扩展过程以及不耦合系数为1.0~3.5时岩石粉碎区与裂隙区大小;分析了炮孔壁上爆破压力峰值、粉碎区与裂隙区的大小随不耦合系数的变化规律。研究结果表明:由于不同介质的影响,空气不耦合装药结构对于爆压的削峰作用约是水不耦合装药结构的2倍;当不耦合系数介于1.0~3.5时(药卷直径不变),空气不耦合装药下粉碎区直径介于4.44~1.59倍炮孔直径,裂隙区直径介于22.5~7.62倍炮孔直径;水不耦合装药下粉碎区直径介于4.44~2.74倍炮孔直径,裂隙区直径介于22.5~10.67倍炮孔直径。

岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析

为了研究岩石爆破损伤范围及损伤分布规律,基于LS-DYNA软件,采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)材料模型,探究了石灰岩爆破损伤范围随径向不耦合系数K增大的变化关系,接着对比分析了石灰岩、凝灰岩和花岗斑岩的爆破损伤分布规律,并用Logistic函数模型对损伤演化过程进行表征。结果表明:HJC模型在岩石爆破损伤模拟中具有很好的适用性;随着不耦合系数的增大,损伤半径与炮孔半径之比呈先快后慢的减小趋势;不同岩石的爆破损伤均呈反"S"形曲线衰减,但损伤分布特征存在一定差异性,石灰岩和凝灰岩的压碎区范围较大,与裂隙区界线清晰,而花岗斑岩压碎区范围较小,与裂隙区界线不明显。研究结果可为实际工程中爆破损伤的评估与控制提供一定参考。