【摘要】：穿越復(fù)雜地質(zhì)條件的隧道、小拱角巖臺復(fù)雜斷面開挖以及石材開采等對周邊控制成型要求極高的巖石定向斷裂控制爆破過程中普遍存在鉆孔工作量大、超挖等問題,難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求,嚴(yán)重影響施工安全,因此,研究一種巷道低損傷掘進(jìn)定向斷裂新工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文針對周邊控制成型要求極高的工程爆破中出現(xiàn)的巖石壁面超挖、圍巖破壞嚴(yán)重和鉆孔量大的問題,采用巖石斷裂力學(xué)理論和爆轟理論,對水射流切槽定向爆破法護(hù)壁材料消弱應(yīng)力波作用和射流縫槽聚能效應(yīng)進(jìn)行了理論分析,并采用數(shù)值模擬和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。論文主要研究成果如下:①基于爆轟理論和巖石斷裂力學(xué)理論建立水射流切槽定向爆破理論模型。分析了沖擊波在界面的反射、透射現(xiàn)象,推導(dǎo)出了護(hù)壁材料消弱應(yīng)力波的公式;結(jié)合熱激活理論和微裂紋成核理論分析了爆生裂紋的生成、發(fā)展過程,推導(dǎo)出了水射流預(yù)切槽下的爆生氣體準(zhǔn)靜態(tài)作用裂紋擴(kuò)展公式,最后根據(jù)應(yīng)力波理論分析了爆炸應(yīng)力波在射流縫槽附近的疊加效應(yīng)。②分別采用彈塑性材料和壓縮損傷材料模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明,護(hù)壁材料具有保護(hù)圍巖的作用,受保護(hù)方向損傷最小;縫槽端部裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子最大,孔壁和縫槽附近區(qū)域應(yīng)力強(qiáng)度因子次之,孔壁稍遠(yuǎn)區(qū)域最小;在爆炸中后期,爆生氣體的準(zhǔn)靜態(tài)壓力場對裂紋的持續(xù)擴(kuò)展起主導(dǎo)作用,在護(hù)壁材料、射流縫的激勵(lì)機(jī)制作用下,絕大部分爆生氣體沿射流縫方向聚集,使射流縫方向裂紋受到較大和較長時(shí)間的準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用,因而射流縫附近特別是射流縫端部形成的裂紋最長。③分別采用普通爆破、切槽爆破、護(hù)壁爆破和水射流切槽定向爆破4種爆破方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:與普通爆破相比,護(hù)壁爆破能夠?qū)⑹鼙Ｗo(hù)方向的應(yīng)變峰值降低27.98%,而在能量導(dǎo)向方面作用較小;切槽爆破使切槽方向的應(yīng)變峰值提高了35.06%,但在降低圍巖損傷上不如護(hù)壁爆破法;水射流切槽定向爆破綜合了兩種方法的優(yōu)點(diǎn),爆破時(shí)該方向上的應(yīng)變峰值比護(hù)壁爆破降低了31.04%,在縫槽方向上應(yīng)變峰值相比切槽爆破升高了35.44%,從而證明水射流切槽定向爆破是一種低損傷定向爆破方式。
[Abstract]:In the process of rock directional fracture controlled blasting, such as tunneling through complex geological conditions, excavation of complex section of small arch corner rock platform and exploitation of stone materials, which require extremely high requirements for peripheral control formation, there are generally problems such as heavy drilling workload and overdigging. It is difficult to meet the design requirements and seriously affect the safety of construction. Therefore, it is of great practical significance to study a new directional fracture technology for roadway driving with low damage. In this paper, the rock fracture mechanics theory and detonation theory are adopted to solve the problems of rock wall overexcavation, serious damage of surrounding rock and large amount of boreholes in engineering blasting with extremely high requirements of peripheral control molding. In this paper, the effect of weak stress wave attenuation and jet slot forming energy effect of water jet trench directional blasting method is theoretically analyzed, and the theoretical analysis results are verified by numerical simulation and laboratory experiments. The main research results are as follows: 1 based on the detonation theory and rock fracture mechanics theory, the theoretical model of water jet tangent directional blasting is established. The reflection and transmission phenomena of shock wave at the interface are analyzed, and the formula for reducing the weak stress wave of the wall protection material is derived. Based on the thermal activation theory and microcrack nucleation theory, the formation and development process of explosive crack are analyzed, and the quasi-static crack propagation formula of exploding gas under pre-cut channel of water jet is derived. Finally, the superposition effect of explosive stress wave near the jet slot is analyzed according to the stress wave theory. 2 numerical simulation is carried out by using the elastic-plastic material model and the compression damage material model, respectively. The results show that the wall protection material has the function of protecting the surrounding rock, and the damage in the protected direction is the least, the stress intensity factor at the crack tip of the slot end is the largest, the stress intensity factor in the region near the hole wall and the slot is the second, and the minimum is in the slightly distant area of the hole wall. In the middle and late stage of explosion, the quasi-static pressure field of explosion gas plays a leading role in the continuous crack propagation. Under the action of wall protection material and the excitation mechanism of jet joint, most of the explosion gas accumulates along the direction of jet seam. The crack in the direction of the jet seam is subjected to large and long time quasi static pressure, so the crack near the jet joint, especially at the end of the jet joint, is the longest. Experiments were carried out on four blasting methods of wall protection blasting and water jet cutting directional blasting. The results show that wall protection blasting can reduce the strain peak value of protected direction by 27.98, but has little effect on energy guidance. The peak value of strain in the cutting direction is increased 35.06, but it is not as good as the wall protection blasting method in reducing the damage of surrounding rock. The water jet trench directional blasting combines the advantages of the two methods. The strain peak value in this direction is lower than that in the wall protection blasting by 31.04, and the strain peak value in the slot direction is 35.4444 higher than that in the slot blasting. It is proved that the directional blasting with water jet cutting is a low damage directional blasting method.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD235

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本文編號：2423151