光面爆破应力场分布特征理论研究

论文摘要

光面爆破具有开挖轮廓面光滑平整、有效减少超欠挖量、提高围岩的自支撑能力、保证围岩稳定性的特点,广泛应用于交通、水利、矿山等工程。由于对光面爆破机理认识的不足及岩石爆破的复杂特性,实际爆破过程中爆破效果达不到预期要求,常造成隧道围岩超欠挖。爆炸应力场决定爆破裂缝的形成过程,从而影响爆破效果。因此,有必要对光面爆破应力场进行研究,有利于从本质上揭示光面爆破机理,以期为相关工程提供参考。首先,综述分析了光面爆破的发展历程及光面爆破机理,基于声学近似公式及爆生气体等熵绝热两阶段膨胀原理,分别对耦合装药条件下和空气不耦合装药条件下的孔壁初始冲击压力和准静态压力进行理论分析,结合厚壁圆筒理论研究了炮孔内爆生气体准静态压力作用下孔壁周围应力分布情况,理论分析了在不同炮孔间距下,相邻炮孔间准静态应力场的分布情况。其次,基于LS-DYNA3D有限元软件,选取适用于岩石爆破材料的本构模型及参数,结合ALE算法对单孔装药、双孔装药两种情况下爆炸应力波动态传播过程进行了数值模拟。结果表明,双孔装药爆破条件下,炮孔间中点应力波即使叠加后其应力峰值仍远低于孔壁处应力峰值;当岩石仅在应力波作用下,裂缝于孔壁处开始扩展,证实了应力波作用理论的不足。最后,采用参数分析的方法,对不同光面爆破参数下的动应力场进行了研究。结果表明,炮孔间距和光爆层厚度的改变对应力峰值影响很小;当炮孔间距或光爆层厚度较小时,应力场叠加作用增强;当炮孔间距或光爆层厚度较大时,应力场叠加作用较弱;实际爆破过程可以采用小直径药卷削弱应力波的作用,从而控制围岩损伤得到良好的光面爆破效果。

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摘要

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第1章绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 光面爆破发展

1.2.2 光面爆破机理

1.2.3 光面爆破参数

1.3 研究目标、内容、方法和技术路线

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 研究方法和技术路线

第2章光面爆破应力场理论分析

2.1 光面爆破作用原理

2.1.1 应力波作用理论

2.1.2 爆生气体准静态作用理论

2.1.3 应力波与爆生气体共同作用理论

2.2 耦合装药条件下爆炸荷载

2.2.1 耦合装药条件下孔壁初始冲击压力

2.2.2 耦合装药条件下孔壁准静态压力

2.3 空气不耦合装药条件下爆炸荷载

2.3.1 空气不耦合装药条件下孔壁准静态压力

2.3.2 空气不耦合装药条件下孔壁初始冲击压力

2.4 空气不耦合装药岩体内爆炸应力场

2.4.1 空气不耦合装药动态应力场

2.4.2 空气不耦合装药准静态应力场

2.5 实例计算

2.6 本章小结

第3章动应力场数值模拟研究

3.1 LS-DYNA数值模拟方法

3.1.1 控制方程

3.1.2 空间离散化

3.1.3 炸药材料模型

3.1.4 空气材料模型

3.1.5 岩石材料模型

3.2 双孔爆破动应力场分布特征研究

3.2.1 计算模型

3.2.2 计算结果分析

3.3 本章小结

第4章爆破参数对动应力场分布影响研究

4.1 周边孔间距对动应力场的影响研究

4.1.1 周边孔间距的理论分析

4.1.2 计算模型

4.1.3 计算结果分析

4.2 光爆层厚度对动应力场的影响研究

4.2.1 光爆层厚度的理论分析

4.2.2 计算模型

4.2.3 计算结果分析

4.3 径向不耦合系数对动应力场的影响研究

4.3.1 径向不耦合系数的理论分析

4.3.2 计算模型

4.3.3 计算结果分析

4.4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研实践

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 许宏

导师: 张继春

关键词: 光面爆破,应力场,爆破参数,围岩损伤,数值模拟

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,工业通用技术及设备

单位: 西南交通大学

分类号: TB41;O344.1

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.000858

总页数: 74

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