水下钻孔爆破数值仿真研究

发布时间：2019-08-14 12:27

【摘要】：水下钻孔爆破是工程爆破的重要组成部分。与传统陆地爆破相比，水下爆破施工难度大，技术要求高，研究和应用都相对滞后。目前，水下爆破的施工方案以及各项爆破参数的确立大多是凭借技术人员过去的施工经验，通过大量的试爆作业或工程类比而得到的。这种做法，对于工程实践而言，不仅造成炸药的浪费、影响爆破的效果，而且很容易由于孔网参数的选取不当而无法达到预期效果甚至发生事故。随着计算机技术的不断发展，运用数值仿真技术来研究水下爆破可以大量减少试验工作量，得到预期分析数据，进而对工程实践起到良好的指导作用。本文在借鉴大量爆破理论和实践经验的基础之上，结合数值仿真程序ANSYS/LS-DYNA，模拟特定条件下水下钻孔爆破产生的冲击波传播过程,得到了冲击波的波形曲线、压力数据和地震动水压力等数据，，并对取得的数据运用Cole经验公式进行拟合模拟并进行数值运算，最终得出了在特定的水参数、炸药参数、岩石参数的情况下，水下钻孔爆破过程中冲击波传播的规律。在此基础上，进一步研究了不同起爆方式、堵塞长度、炸药对水下钻孔爆破效果及爆破产生的冲击波各参数所造成的影响。为验证数值仿真的可靠性，将数值仿真结论与工程实践进行对比。把数值模拟结果与长江太子矶航道炸礁工程实例数据结果相比较，得出了数值模拟与实测结果在数量级上基本一致的结果，验证了相关经验公式的适用范围，证明了数值仿真结果的合理性和可信性。
【图文】：

示意图,水下爆破,示意图,水上

中北大学学位论文码头建设、航道清理、水利枢纽、水上平台和油气管道建设与水上（即陆上）爆破的区分是以水面作为标志。凡是在水水上爆破，也就是陆上爆破；凡是被爆岩体上部有水介质覆类型和工程项目的不同，常见的水下爆破类型分为：水中爆下钻孔爆破、水下硐室爆破等[19]，见图 1.1。

波形,爆心距,压力分布图,冲击波

中北大学学位论文水下爆破冲击波的产生和传播水下爆破所产生的冲击波是研究的重要环节，炸药在匀质、静态的水中爆炸时产压爆轰产物迅速由内向外扩散，在水中凝聚成比大气状况下爆破强很多的初始状波，并于爆轰产物中反弹一稀疏波。比如 TNT 炸药在空气中爆炸时，初始状态大小约为 70MPa；在水中爆炸时，约为 15GPa，此值趋近于炸药的爆轰区范围，为水的力阻抗趋近于爆轰产物的力阻抗的特性促使了该现象的产生。炸药爆炸产生冲击波的扩散，使其波形自由面速度和应力急剧下降，并使得波阵逐渐变宽，实验表明弧形冲击波在传播至离爆心距十倍装药半径时压力下降为初的百分之一。P·COOL 等研究人员第一次通过实验向外界公布了 137kg TNT 球形水中爆炸后不同爆心距处测量得到的压力分布图，如图 2.1 所示。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB41

【参考文献】