基于聚能射流的岩石定向劈裂机制

基于岩石材料脆性断裂模型分析,从提高炸药能量向岩石断裂表面能转换效率的角度,提出采用预切槽和多点聚能射流冲击岩石进行裂纹引导与扩展,实现岩石定向劈裂。设计了一种可用于岩石劈裂的聚能装药,利用数值计算方法研究了岩石类脆性材料在聚能射流冲击作用下的定向劈裂机制,并计算比较了不同形状金属杆射流对岩体的冲击劈裂效果。分析计算该聚能装药射流形成与岩石的侵彻断裂过程,得出用于岩石劈裂的最佳聚能装药结构与炸高。实验成功用2枚聚能装药将岩石试块按预制方向劈裂,测试获得的岩石表面应力峰值约0.5~0.8 MPa。结果表明,采用该聚能装药在25 mm炸高下能够形成长径比约1∶3的楔形金属杆射流,沿着控界面预先设计的切槽方向,多点设置聚能装药,同时起爆后形成楔形金属杆射流冲击岩石,产生了较好的定向劈裂效果。该方法将爆炸能量精准导入控界面并有效地转换成岩石断裂表面能,从而提升了岩石定向劈裂的效果及炸药的能量利用率,研究结果可为大范围岩体开挖精确控界爆破切割装置设计及降低工程爆破危害提供参考。

混凝土双向多点聚能定向劈裂成缝实验研究

为解决核岛底板爆破开挖中建基面平整度不高和预留岩层超挖较大的技术难题,基于高速聚能射流定向劈裂冲击与断裂理论,设计了一种双向多点聚能岩石劈裂成缝装置,通过制作双孔预制裂纹混凝土试块进行爆破劈裂成缝模拟实验。实验结果表明:两炮孔之间形成了贯穿混凝土的裂纹,并且裂纹沿切槽方向向两炮孔外侧扩展,整条裂纹基本沿两炮孔中心连线方向。实验验证了双向多点聚能岩石劈裂成缝装置可用于岩石控界爆破切割形成光滑平整壁面,且非切槽方向混凝土未造成损伤。这为核电基坑底板控制精细爆破,实现高平整度和微损伤岩石界面提供了一种新的方法。

高聚物定向劈裂注浆动态过程数值模拟

针对现有数值方法对高聚物定向劈裂注浆动态过程模拟困难的现状,采用二维颗粒流程序(PFC2D),考虑高聚物浆液反应过程中膨胀特性和流变特性的影响,建立高聚物定向劈裂注浆的可视化模型。通过与现场试验结果对比,验证数值模型的有效性。在此基础上对浆脉扩散形态、浆液颗粒数量和土体弹性模量对浆液扩散规律的影响及定向劈裂注浆对周围土体孔隙率的影响规律进行研究。研究结果表明:高聚物定向劈裂注浆过程分为填充、挤密、劈裂-挤密循环、最终挤密4个阶段,浆脉最终形态为“梭子状”;注浆过程中将会对钻孔周围土体进行挤密加固,距离钻孔圆心越远,土体孔隙率变化越小,且相比水平方向,竖直方向土体孔隙率变化规律更趋于一致;浆液颗粒数量和土体弹性模量对浆液扩散规律的影响基本一致,但当浆液颗粒数量超过某一定值时,钻孔中心圆孔将会发生劈裂,浆液扩散半径急剧减小,浆脉宽度加速增大;然而,当土体弹性模量超过某一定值时,浆液扩散半径开始减小,而浆脉宽度减小的速率也随之降低。

双月形装药结构定向劈裂作用分析

本文应用复变函数方法分析了静力破碎剂双月形装药结构时钻孔周围应力状态。

堤坝高聚物定向劈裂注浆试验与有限元模拟

利用自制的定向劈裂钻具,在土坝轴线方向布置若干定向劈裂孔,注入高聚物浆液,进行定向劈裂试验,结果显示：高聚物浆液能够沿预制裂缝扩散并劈裂土体,相互搭接形成2-3 cm厚的超薄防渗墙,墙体与周围土体结合紧密,形成复合防渗体系;采用黏结单元法对高聚物定向劈裂注浆进行数值模拟,计算得出的裂缝扩展长度和宽度与试验结果相近,为堤坝高聚物定向劈裂注浆方案的设计提出了一种有效方法。

帷幕灌浆工艺在深井突泥涌水治理中的具体应用

滇中引水工程香炉山隧洞,面临高埋深、富水、软岩大变形、突泥涌水、龙蟠-乔后活动(F10-2)断裂带、石灰窑断层等复杂地质条件.为了攻克地质难题,采用新材料、新技术工艺性试验应用研究等创新举措,最终实现深井突泥涌水塌方体整体固结和二次开挖穿越.研究结果表明:前进式帷幕灌浆配合新材料工艺,对处理香炉山5号施工支洞斜井,高埋深、富水、软岩大变形、突泥涌水、石灰窑断层存在局限性;采用地表定向钻高压劈裂灌浆技术,对突泥涌水、地质断层、高埋深等地质洞段的处理方案,岩体固结效果显著;地表高压劈裂灌浆技术已经在丽江段得到成功实践,为滇中引水工程和穿越香炉山提供技术支撑.