【摘要】：巖體爆破的本質(zhì)是極大的沖擊荷載瞬時作用于炮孔壁,從而引起巖體破壞損傷的過程,為解決工程中遇到的巖石破碎不完全、破碎塊度大、巖體超欠挖、環(huán)境震動超限等問題,研究爆炸荷載作用下巖體裂紋擴展特性顯得尤為重要。但是,由于爆破具有“高溫、高壓、高速”的特性,現(xiàn)有的技術(shù)手段難以動態(tài)監(jiān)測該過程中巖體內(nèi)部的破壞情況,加上巖體材料的復雜性使得理論分析更是成效甚微。考慮到上述因素,本文主要利用數(shù)值模擬探究爆生裂紋在不同工況下的擴展特性,主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)利用聲學近似和彈性力學的方法,通過引入巖石動態(tài)斷裂失效準則,推導了單孔爆破下完整巖體粉碎圈及裂隙圈的半徑表達式,得出在不考慮爆生氣體的“二次楔入”作用下,粉碎圈半徑一般為炮孔半徑的3-7倍,裂隙圈半徑為炮孔半徑的20-50倍。(2)進行了完整巖體和含裂隙巖體爆破數(shù)值模擬,驗證了裂隙對于爆生裂紋擴展有較大影響,并重點探究了裂隙爆心距、角度、長度三個因素對爆生裂紋的作用效應。研究表明,裂隙抑制了垂直裂隙面的主裂紋擴展,促進了平行裂隙面的裂紋延伸;當裂隙位于炮孔正上方,且離炮孔較近時,裂隙與炮孔間的巖體會發(fā)生“層裂”現(xiàn)象,有利于提高巖石的破碎率;而裂隙兩端翼裂紋的產(chǎn)生,則進一步增加了巖體破碎范圍。(3)多孔爆破成縫是一個爆生裂紋動態(tài)擴展的結(jié)果。其主要經(jīng)歷“各炮孔粉碎圈形成→各炮孔裂紋獨立擴展→孔間裂紋相向擴展→孔間裂紋相互貫通→分支裂紋延伸→止裂”6個階段;當自由面與炮孔距離較近時,炮孔與自由面間的巖體產(chǎn)生層裂裂紋,增加爆破破巖面積;不同起爆順序下,孔間裂紋擴展有一定差異,起爆延時越長,炮孔縱向裂紋擴展距離越遠,從光爆面的成型效果而言,同時起爆破巖效果優(yōu)于延時起爆。(4)空孔對裂紋具有導向作用,有效促進了爆破成縫過程,能夠保證增大炮孔間距時孔間巖體順利成縫,從而減小炸藥單耗;耦合裝藥條件下,空孔孔徑越大,導向作用越強,以3倍炮孔直徑最優(yōu);水平切槽型圓形空孔導向作用最強,有利于保障光爆面或預裂面的成型。
【圖文】：

Ｓａｎｇ邋Ｈｏ邋Ｃｈｏ等在進行巖體爆生裂紋模擬時，將爆炸載荷等效為指數(shù)型衰減逡逑公式，通過改變爆炸荷載升壓時間ｔｏ，研究不同加載速率下巖體爆生裂紋的擴展［４］，，逡逑如圖１．３所示。逡逑１．０邋邐逡逑。０．８邐｜＼邐邐ｅ／ａ＝１．５逡逑＆邐■邐＼邐——－３／ａ＝ｌ00逡逑３邋０－６邐、、、、、逡逑＿邋、、、、、逡逑。．４邋：邋、、、、、、、、、逡逑：：：（Ｖ＿逡逑０邐１０邐２０邐３０邐４０邐５０逡逑ｔ／ｔ0逡逑圖１．３等效爆破荷載指數(shù)型函數(shù)曲線逡逑Ｆｉｇｕｒｅｌ．３邋Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｂｌａｓｔｉｎｇ邋ｌｏａｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｉｎ邋ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎ逡逑Ｚ．Ａｌｉａｂａｄｉａｎ等［４］在研究預裂爆破成縫機理時，將爆炸荷載以指數(shù)型衰減公式逡逑加載至各預裂孔上，觀察后期巖體周圍裂紋的擴展及孔間裂紋貫通效果。逡逑（２）結(jié)合狀態(tài)方程ＪＷＬ、ＢＷＫ、ＫＨＴ等進行炮孔壓力模擬逡逑ＪＷＬ、ＢＷＫ、ＫＨＴ、ＶＬＷ等狀態(tài)方程，主要是根據(jù)爆腔擴展過程中，爆炸產(chǎn)逡逑物比容隨時間的變化，定義壓力函數(shù)曲線，從而模擬巖體爆炸壓力的加載，其中使逡逑用最廣泛的是ＪＷＬ狀態(tài)方程。逡逑朱哲明等［５］在ＡＵＴＯＤＹＮ－２Ｄ軟件中，利用ＪＷＬ狀態(tài)方程結(jié)合炸藥材料本構(gòu)逡逑３逡逑

５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０邐３００逡逑ｔ／１０＇９ｓ逡逑圖１．２等效爆破荷載反比例函數(shù)曲線逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｂｌａｓｔｉｎｇ邋ｌｏａｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｉｎ邋ｉｎｖｅｒｓｅ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎ逡逑張玉成等［３］基于爆炸載荷指數(shù)型衰減公式提出了三角形脈沖荷載簡化計算方逡逑式，并對二種公式進行了算例驗證，結(jié)果表明：等效方法在爆破近區(qū)與工程數(shù)據(jù)存逡逑在一定差異，但在爆破中遠區(qū)吻合較好，可以用于工程振動研究。逡逑Ｓａｎｇ邋Ｈｏ邋Ｃｈｏ等在進行巖體爆生裂紋模擬時，將爆炸載荷等效為指數(shù)型衰減逡逑公式，通過改變爆炸荷載升壓時間ｔｏ，研究不同加載速率下巖體爆生裂紋的擴展［４］，逡逑如圖１．３所示。逡逑１．０邋邐逡逑。０．８邐｜＼邐邐ｅ／ａ＝１．５逡逑＆邐■邐＼邐——－３／ａ＝ｌ00逡逑３邋０－６邐、、、、、逡逑＿邋、、、、、逡逑。．４邋：邋、、、、、、、、、逡逑：：：（Ｖ＿逡逑０邐１０邐２０邐３０邐４０邐５０逡逑ｔ／ｔ0逡逑圖１．３等效爆破荷載指數(shù)型函數(shù)曲線逡逑Ｆｉｇｕｒｅｌ．３邋Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｂｌａｓｔｉｎｇ邋ｌｏａｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｉｎ邋ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎ逡逑Ｚ．Ａｌｉａｂａｄｉａｎ等［４］在研究預裂爆破成縫機理時，將爆炸荷載以指數(shù)型衰減公式逡逑加載至各預裂孔上，觀察后期巖體周圍裂紋的擴展及孔間裂紋貫通效果。逡逑（２）結(jié)合狀態(tài)方程ＪＷＬ、ＢＷＫ、ＫＨＴ等進行炮孔壓力模擬逡逑ＪＷＬ、ＢＷＫ、ＫＨＴ、ＶＬＷ等狀態(tài)方程，主要是根據(jù)爆腔擴展過程中，爆炸產(chǎn)逡逑物比容隨時間的變化
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU45

【參考文獻】

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本文編號：2631889