本文關鍵詞：高地應力隧道卸壓爆破數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著交通建設的快速發(fā)展,大量大埋深、長度長的交通隧道需要建設,而這類隧道的高地應力易引起圍巖失穩(wěn)等地下工程問題。在大規(guī)模的開挖作用下,深埋隧道中的高地應力在圍巖中發(fā)生強卸荷作用引發(fā)巖爆等災害,造成人員傷亡、工期延誤等損失。本文利用前人的研究所得,從卸壓爆破技術研究歷史、爆破相關的數(shù)值模擬出發(fā),總結(jié)了現(xiàn)有的不足,針對高地應力隧道的卸壓爆破技術,進行了數(shù)值模擬。論文簡述了巖石在爆破作用下的破碎機理,論述了巖石爆破的本構(gòu)模型理論,研究了巖石在不同理論階段的本構(gòu)方程模型,分析了巖石在不同裝藥結(jié)構(gòu)和不同起爆方式作用下巖石的破碎過程,為后面的卸壓方案中的卸壓爆破方式提供了理論基礎。根據(jù)顯示動力學理論知識,選取合適的有限元軟件進行爆破模擬。綜合考慮巖石力學理論、爆破動力學原理及有限元數(shù)值計算方法,在顯示動力學分析有限元軟件Ansys/Ls-Dyna選取符合本文數(shù)值模擬參數(shù),其中包括基本控制方程、有限元的離散化、時間控制、模型邊界條件等基本條件參數(shù),除此之外,還需選取合適的巖石材料模型、炸藥模型等材料的模型及適合本文模擬的數(shù)值計算方法。結(jié)合以上的理論基礎進行模擬,模擬的裝藥結(jié)構(gòu)有4種代表性的結(jié)構(gòu):連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)、徑向不耦合裝藥結(jié)構(gòu)、軸向孔頂間隔合裝藥結(jié)構(gòu)及軸向孔底間隔裝藥結(jié)構(gòu),除了裝藥結(jié)構(gòu)方面的模擬外,還模擬了炸藥的2種起爆方式:正向起爆和方向起爆。通過對不同裝藥結(jié)構(gòu)及不同起爆方式的爆破過程模擬,對其模擬結(jié)果進行分析,選取了爆破過程中對圍巖擾動影響最小的裝藥結(jié)構(gòu)及起爆方式。利用Ansys中的靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析模塊,對爆破后的卸壓效果進行模擬分析。通過靜態(tài)數(shù)值模擬研究表明,與卸壓爆破前相比,卸壓后隧道圍巖所受的豎向應力、水平應力及圍巖的位移都有一定程度上的降低。通過在圍巖上進行卸壓爆破使應力向深部轉(zhuǎn)移,說明在高地應力隧道中卸壓爆破具有一定的操作性,從而保證了隧道圍巖的安全性和穩(wěn)定性,降低了巖爆等地下工程災害的發(fā)生概率。本文的研究成果對于理論研究發(fā)展比較緩慢、且一般應用于小斷面的巷道的卸壓爆破具有一定的參考價值及工程現(xiàn)實意義。
【關鍵詞】：高地應力 卸壓爆破 裝藥結(jié)構(gòu) 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U455.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 卸壓爆破研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 爆破數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 研究內(nèi)容與技術路線14-17
• 1.3.1 研究的主要內(nèi)容14-15
• 1.3.2 擬解決的關鍵問題及創(chuàng)新點15
• 1.3.3 擬采用的研究方案15-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 第2章 巖石爆破理論分析18-36
• 2.1 巖石爆破的基本理論18-19
• 2.1.1 爆炸應力波作用理論18
• 2.1.2 爆炸生成氣體膨脹作用理論18
• 2.1.3 爆炸生成氣體和應力波綜合作用理論18-19
• 2.1.4 巖體爆破的損傷力學觀點19
• 2.2 爆破作用下的巖石破碎過程19-20
• 2.3 巖石爆破的本構(gòu)模型20-28
• 2.3.1 彈性理論20-22
• 2.3.2 斷裂理論22-25
• 2.3.3 損傷理論25-27
• 2.3.4 分形損傷理論27-28
• 2.4 不耦合裝藥爆破的破巖機理研究28-35
• 2.4.1 連續(xù)裝藥破巖原理28-29
• 2.4.2 徑向不耦合裝藥的破巖原理29-31
• 2.4.3 軸向間隔裝藥的破巖原理31-33
• 2.4.4 不同起爆方向的爆破機理33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 顯式動力有限元分析理論36-47
• 3.1 數(shù)值模擬與有限元分析36-38
• 3.2 ANSYS/LS-DYNA簡介38-42
• 3.2.1 基本控制方程38-39
• 3.2.2 有限元的離散化39-40
• 3.2.3 簡化積分單元與沙漏控制40-41
• 3.2.4 時間積分與時間步長控制41
• 3.2.5 應力運算41-42
• 3.2.6 無反射邊界42
• 3.3 模擬的材料模型42-45
• 3.3.1 巖體力學模型42-43
• 3.3.2 炸藥模型43-44
• 3.3.3 空氣模型44-45
• 3.4 LS-DYNA算法45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 卸壓爆破數(shù)值模擬47-63
• 4.1 工程概況47-48
• 4.1.1 地形地貌47
• 4.1.2 地層巖性及地址構(gòu)造47-48
• 4.1.3 水文概況48
• 4.2 卸壓方案48-49
• 4.3 連續(xù)裝藥與不耦合裝藥49-57
• 4.3.1 連續(xù)裝藥50-51
• 4.3.2 徑向不耦合裝藥51-53
• 4.3.3 軸向間隔裝藥53-54
• 4.3.4 模擬結(jié)果及分析54-57
• 4.4 反向起爆57-60
• 4.5 正反向起爆結(jié)果分析60-61
• 4.6 本章小結(jié)61-63
• 第5章 卸壓爆破效果分析63-71
• 5.1 卸壓爆破前數(shù)值模擬63-66
• 5.1.1 計算模型63-64
• 5.1.2 計算結(jié)果分析64-66
• 5.2 卸壓爆破后數(shù)值模擬66-69
• 5.2.1 計算模型66-67
• 5.2.2 計算結(jié)果分析67-69
• 5.3 卸壓爆破效果分析69-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-73
• 總結(jié)71-72
• 不足與展望72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-77
• 攻讀學位期間取得學術成果77

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本文編號：262809