岩石爆破破坏界面上的应力时程研究

根据岩石爆破变形与破坏特征,利用空腔膨胀理论对爆破破坏区的破坏特性进行了研究,给出了破坏区范围大小及破坏区与未破坏区(弹性振动区)交界面上的应力变化时程曲线。借助经典的爆炸力学理论和回归拟合曲线方法,验证了爆炸空腔大小、应力波的应力峰值、应力波的作用时间。数值分析计算结果表明,理论计算的应力波时程特征与经典爆炸力学给出的时程特性基本一致。

轮廓爆破下柱状节理岩体开裂过程的数值模拟

以白鹤滩水电站柱状节理玄武岩为研究对象,根据现场的柱状节理分布统计资料生成数值模型,模拟边坡开挖轮廓爆破下柱状节理岩体的开裂过程。结果表明:轮廓爆破时,柱状节理面对岩体裂纹的发展起着导向和控制作用;爆炸荷载作用下炮孔周围的节理面首先张开,然后裂缝沿着炮孔连心线附近的节理面扩展,最后形成贯通的由大量柱状节理面连接而成的裂缝;预裂爆破条件下,预裂缝宽度先增大后减少,最后达到稳定的开度,而且预裂爆破在柱状节理岩体中产生的裂纹范围比光面爆破产生的大。

控制断裂能量与爆破效果的分形分析

定向断裂爆破与普通光爆、预裂相比，爆破效果明显提高，爆破能量利用更为合理。文中根据爆破断裂的分形研究，阐述了控制断裂爆破改进周边成形质量。

爆生气体的准静态破岩特性

在分析爆生气体膨胀规律的基础上，建立了炮孔周围岩石中的准静态应力场，探讨了爆生气体的爆破致裂作用和扩腔作用。

岩体爆破破碎过程中的分形效应

在爆炸荷载作用下,岩体裂纹扩展速度的实测值与理论分析值之间存在较大差异。采用当前的动态断裂理论尚不能定性和定量地解释实测值与理论值之间的差异。运用分形理论分析了造成这种差异的原因,讨论了裂纹扩展过程中的分形效应、裂纹的分形扩展对裂纹扩展速度以及动态应力强度因子的影响。

围岩应力重分布对隧洞爆生裂隙区比例半径的影响

基于爆炸应力波作用下爆生裂隙形成机理的研究,采用莫尔库伦准则及最大拉应力准则,研究了围岩应力重分布对爆炸应力波作用下爆生裂隙区比例半径的影响。研究结果表明,围岩应力重分布对爆生裂隙区比例半径有重要影响,隧洞围岩应力重分布将减小隧洞径向爆生裂隙区比例半径,压剪破坏模式下,爆生裂隙区比例半径可降低20%以上,拉伸破坏模式下可降低10%以上。爆炸应力波作用下,岩体更容易沿结构弱面发生压剪破坏。利用围岩的应力重分布作用,可以降低爆破对保留岩体的损伤作用。

初始应力下岩体爆破损伤特性及破裂机理

钻爆法在岩体开挖工程中应用广泛,其工作效率与岩体结构及地质环境密切相关。初始应力会显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为及破坏特征,导致深部岩体超/欠挖等问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了不同初始应力下岩体的爆破损伤特性及破裂机理。基于弹性力学建立单孔爆破动静组合理论模型,分析了静态应力分布及动态应力演化特征,揭示了初始应力作用下岩体爆破损伤机制。通过经验公式及动态力学试验对RiedelHiermaier-Thoma(RHT)模型参数进行标定与修正,并结合室内爆破实验及理论结果对数值模型进行验证。此外,在单孔爆破数值模型中分析了爆炸压力演化规律、裂纹扩展行为及分形特征,结果表明数值模拟结果可以较好地论证理论模型的合理性。研究发现:环向拉应力是影响爆破裂纹扩展的重要因素,当初始应力较大时,合理调整环向应力分布可改善岩体爆破碎裂效果,实际工程中可结合预裂技术进行地压调控改变应力分布。

中心致裂掏槽岩塞爆破设计与实践

水下岩塞爆破是高效、安全地联通水库、江河、湖泊等水工隧洞进水口的关键技术。通过查阅文献,梳理了钻孔法岩塞爆破技术的发展历程,对钻孔法岩塞爆破工程实践进行分析总结,提出了“中心致裂掏槽法”,给出了相应的炸药单耗、轮廓孔爆破线装药密度等关键爆破参数的计算公式,并在长甸改造工程及桓集隧道工程中取得了成功的应用,形成了一套完整的“中心掏槽、圆周扩展、轮廓成型”的设计方法。研究成果对钻孔法岩塞爆破设计与施工具有指导意义和借鉴作用。

铜丝电爆炸载荷下红砂岩破裂行为实验

金属丝电爆炸破碎岩石是一种环保且有前景的爆破技术。为进一步认识岩石在金属丝电爆炸载荷下的破裂行为,基于高压脉冲放电实验平台,开展了直铜丝电爆炸破碎红砂岩的模型实验研究。借助超高速相机观测了试件表面裂纹的起裂和扩展过程,探讨了放电电压和爆源位置等因素对岩石破裂效果的影响,具有一定的创新性。结果表明,随着放电电压增加,岩石破裂程度变得更加严重。30 kV电压下,金属丝发生电爆炸,但并未有效破裂岩石;40 kV电压下,试件出现数条宏观裂纹,红砂岩破裂成碎块状。此外,爆源到试件表面的距离越近,试件表面的裂纹越发育,试件的破碎程度越严重。

切缝药包爆破岩石爆生裂纹断面的SEM试验

利用电镜扫描(SEM)切缝药包爆破大理岩爆生裂纹断面形貌,从微观角度探究动载下岩石的定向断裂机理。通过对主裂纹和次裂纹断面上不同区域的观测,发现了河流状、台阶状、根状、鱼骨状、"雾区"状等典型断面形貌,定性的解释了爆炸荷载作用下典型断面形貌的形成机理。研究表明,爆炸荷载作用下,大理岩的微观破坏机制分为拉伸破坏和剪切破坏,爆炸近区多为拉伸破坏,中区、远区有剪切破坏出现;大理岩微观断裂机制是以脆性断裂为主,爆炸近区形成张拉脆性破坏区,远区有较少的塑性破坏;非切缝方向的沿晶断裂较多。