填塞长度对岩体爆破损伤效果的影响研究

采用数值模拟方法建立单孔装药的爆破模型,采取不同填塞长度模拟并利用Otsu算法进行阈值分割后,提取岩体的破裂面积比、孔隙分形维数、块度数据等进行对比分析,研究填塞长度对深孔爆破损伤效果的影响。结果表明,分形维数和破裂面积比随填塞长度增加呈现先增后降的变化趋势,填塞长度3.0 m时分形维数达到最大值,填塞长度1.7 m时破裂面积比达到极大值。填塞长度2.2 m左右时碎块数量取得最大值,填塞长度2.0 m时碎块平均面积为最小,填塞长度2.0~2.2 m时可达到较优的岩石破碎效果。随着填塞长度增加,抛出的岩石从小块为主转向大块,位移距离降低。研究成果对爆破作业填塞参数选取具有一定参考价值。

爆破作用对软弱夹层岩质边坡稳定性影响试验研究

根据含软弱夹层顺层岩质边坡爆破中产生爆破振动和层裂效应的特点,推导了在顺层岩质边坡爆破时的边坡稳定性系数计算公式,并以顺层岩质边坡模型爆破试验实测数据为基础,按极限平衡法进行了爆破作用下顺层岩质边坡的稳定性分析。对试验结果的计算分析表明,爆破瞬间,爆破振动和层裂效应导致边坡稳定性降至极限平衡状态附近,易产生一定位移,稳定性系数降幅达64%;爆破后,层裂效应导致边坡自稳能力降低,其降幅达30%—35%,这与试验现象吻合较好。据此提出了适合顺层岩质边坡爆破的开挖方法以及相应的防护措施,为此类顺层岩质边坡爆破的优化设计提供了理论依据。

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。

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。

爆破应力波中远区破岩作用分析

应用断裂与损伤力学理论,分析了爆破应力波远区破岩作用机理认为爆破应力波在远区的破坏效应是基于该区域内局部岩体强度和断裂韧度降低,使衰减后的弱应力波作用强度仍可能大于该点处的岩石极限强度所致。提出岩石损伤与缺陷的存在,会产生应力集中或放大效应的依据,并阐述爆破应力波作用下远区原生裂纹扩展的理论分析,给出了基于岩石损伤的裂纹扩展长度估算模型。

工程节理岩体断裂韧性的分形效应

在考察工程节理化岩体断裂力学特征的基础上，提出了“追踪裂纹断裂”的概念，并结合分形几何原理，建立起追踪裂纹断裂的分形模型．从分形几何的角度研究了节理化岩石的微观和宏观结构效应以及使断裂韧性提高的物理力学机制，并通过实测岩样的剪切断裂面进行了验证．

煤岩体双孔爆破应力波及裂纹扩展叠加效应分析

针对煤岩体松动爆破施工中炮孔间距和爆破方案选择的问题,根据岩石动力学及爆破理论计算了双孔爆破裂隙区贯通的炮眼间距,并采用LS-DYNA分析了双孔爆破应力波及裂纹扩展叠加效应对炮孔间距和爆破方案的影响。结果表明:双孔同时爆破,炮孔间距3.4 m(单孔爆破裂纹半径的2倍)时,炮孔间的裂隙区不能全部贯通,炮孔间距2.5 m时,炮孔间的裂隙区才能够全部贯通;微差爆破,炮孔间距3.4 m时,由于先爆炮孔周围裂隙区的裂纹在后爆炮孔应力波的叠加作用下发生明显的二次扩展,炮孔间的裂隙区能够基本贯通,而炮孔间距3.0 m时,炮孔间的裂隙区能够全部贯通并覆盖钻孔间全范围;现场采掘面进行松动爆破时,炮孔间距一般应小于单孔爆破裂纹半径的2倍(炮孔同时爆破约取单孔估算炮孔间距的70%,微差爆破约取单孔估算炮孔间距的90%),才能保证松动爆破效果;微差爆破与炮孔同时爆破相比,不但能保证爆破效果,而且还可以减少炮孔数量和爆破材料用量,是优先选择的爆破方案。

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。

天然裂缝在危岩体清除爆破中的减振效果研究

分析巫山望霞危岩体削方爆破振动监测结果,发现爆破振动速度与常规经验公式计算得到的结果相差较大,利用ANSYS—AUTODYN数值模拟软件进行分析得知,危岩体的裂缝对爆破振动速度的减振效果达到33.9%,随着裂缝数目的增加,其减振效果也提高。该结果对同类危岩体治理工程的爆破参数设计提供了优化依据。

多自由面孔内外延期分段微差减震爆破技术

地震波通过岩石地层传播,引起地表或岩层内结构质点振动,导致构筑物、边坡等不同程度的破坏,纳林庙灾害治理工程在露天剥离爆破过程中,产生的地震效应使附近贾家塔社房屋产生振动,给居民生活带来不便,因此提出减震爆破技术。

空孔孔径对深部岩石爆破裂纹扩展影响规律的数值模拟研究

针对深部岩石炮孔与空孔间裂纹扩展方向性差的问题,以山西永宁煤矿10204切顶卸压沿空留巷为工程背景,运用LS-DYNA有限元动力模拟软件,研究空孔孔径对岩石应力分布、孔间爆生裂纹扩展及峰值有效应力的影响规律,并进行了现场验证。研究结果表明:随着空孔直径的增大,最大主应力值与范围增大,且最大主应力方向在整个炮孔连线方向不发生改变,使得孔间裂纹扩展更具有定向性;随着空孔孔径的增大,孔间裂纹扩展长度呈现出由快速增长趋于稳定的规律;侧压力系数小于1.0时,空孔直径的增大对孔间有效应力的影响较小;侧压力系数大于1.0时,空孔直径的增大可有效提高孔间峰值有效应力。

隧道工程上台阶分段爆破下围岩损伤的理论分析与数值模拟

为深入考察隧道工程上台阶分段爆破过程中围岩损伤的程度,以某Ⅱ级围岩为例,从单炮孔裂纹产生机理入手,探究相邻炮孔作用机理以及多炮孔掏槽作用机理,形成围岩损伤机理分析体系。采用ANSYS/LS-DYNA,针对该Ⅱ级围岩的上台阶分段爆破过程进行数值模拟,考察掏槽孔应力波与爆生气体共同作用下的围岩损伤情况以及上台阶全断面围岩损伤情况。研究发现:围岩损伤程度与裂纹扩展具有明显的相关性,掏槽孔对围岩产生的应变率低于其他段,但使损伤首先在初始裂纹处发展,有利于提高破岩率;在反向起爆环境下,上台阶断面周围的围岩损伤控制良好,掏槽轮廓成型效果达到预期;炮孔间距直接影响爆破时裂纹的发展,间距较小的炮孔间先形成初始裂纹,但间距过大的炮孔间岩石破裂不均匀,带来一定的“空间效应”。