重庆典型地层不耦合装药岩石爆破损伤范围研究

发布时间：2017-04-22 19:04

  本文关键词：重庆典型地层不耦合装药岩石爆破损伤范围研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的发展,各项基础设施的建设也快速推进,工程爆破的应用越来越广泛。爆破技术加快了工程建设施工的进度,但同时也影响着周围的环境。爆破是一个复杂的过程,炸药产生的高温、高压和高能量在瞬间作用于岩体,而岩体介质的物理力学性质和结构特征复杂多变,这导致了爆破的效果和影响范围难以确定。在工程上,爆破开挖与保护围岩往往是矛盾的,一方面要求炸药能够高质量的按照设计断面将围岩爆破下来,但这必然对保留岩体造成损伤和破坏;另一方面要保护保留岩体,防止其性能劣化,控制岩层的承载能力。因此,爆破工程中需要控制围岩的爆破损伤范围。通过损伤范围和损伤变量能直观的看到爆破后围岩的破坏范围和破坏程度,反过来可优化爆破参数。本文结合重庆轨道交通环线渝鲁车站工程,运用数值模拟、理论推导、现场实测等手段研究不耦合装药时的爆破损伤范围。首先,在现有爆破裂隙区半径估算公式基础上对部分参数进行修正,再考虑爆生气体对裂纹的扩展作用对公式进行再次修正。其次,利用LS-DYNA软件计算了不耦合装药下不同直径、不同线装药密度、不同不耦合介质时的爆破损伤范围。最后,结合重庆轨道交通环线渝鲁车站工程实测爆破振动数据,用质点峰值振动速度(Peak Particle Velocity,简称PPV)法估算损伤范围,再与LS-DYNA软件计算得到的损伤范围进行对比。通过本文的研究,取得了如下研究成果:(1)基于现有的裂隙区半径估算公式,考虑到公式初始孔壁荷载为冲击荷载而裂隙区岩体中实为应力波荷载,应力波随着距离的增加而逐渐衰减但在公式中未考虑,炮孔半径未采用扩大后的半径的三个不足之处,修正了初始孔壁压力、炮孔半径、冲击波衰减三个参量,并再考虑了爆生气体对裂纹的扩展作用,得到新的估算公式。公式较原公式更加符合实际,可用来估算爆破损伤范围。(2)不同炮孔直径下爆破损伤范围不同,炮孔直径越小,损伤范围越大,两者呈幂函数关系。线装药密度与爆破损伤范围大致呈线性关系,斜率为0.26,线装药密度小则爆破损伤范围小,反之,爆破损伤范围较大。水介质下的爆破损伤范围较空气不耦合时大,两者孔壁压力相差18%。(3)将修正公式与数值模拟进行对比,结果发现:修正公式计算结果较数值计算结果偏大,不耦合系数为1时误差最大,误差约30%;其余工况下误差不超过20%。(4)光面爆破时炮孔的损伤范围随着时间的增长而增大,两孔间未被损伤的范围逐步减小。炮孔孔壁压力小于岩石的抗压强度且大于岩石的抗拉强度,炮孔孔壁岩石被拉裂。炮孔连线中点的拉应力大于岩石的抗拉强度,炮孔中间形成裂缝。通过PPV法计算,得到了在不考虑群孔效应下的损伤范围为21.76cm~33.77cm。数值模拟时的损伤范围约为20.0cm~30.0cm,两者结果较为吻合。
【关键词】：爆破 不耦合系数 损伤范围 重庆典型地层 数值模拟
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45;TU751.9
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 关于爆破损伤的研究现状11-17
• 1.2.1 爆破损伤范围界定的研究现状11-12
• 1.2.2 爆破损伤模型的研究现状12-16
• 1.2.3 不耦合装药爆破的研究现状16-17
• 1.3 目前存在的问题17-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-20
• 第二章 岩石的爆破原理20-37
• 2.1 岩体的力学性质20-23
• 2.1.1 岩石的变形特性20-21
• 2.1.2 岩石的强度特征21-23
• 2.2 岩石爆破破碎理论23-32
• 2.2.1 岩体破碎原因23-24
• 2.2.2 岩体爆破的内部作用24-25
• 2.2.3 岩体爆破破碎的弹性理论25-27
• 2.2.4 岩体爆破破碎的断裂理论27-29
• 2.2.5 岩体爆破破碎的损伤理论29-32
• 2.3 炸药在空气和水中爆炸理论32-36
• 2.3.1 空气不耦合装药时的冲击波32-33
• 2.3.2 空气不耦合装药时的孔壁压力33-34
• 2.3.3 水不耦合装药时的冲击波34-35
• 2.3.4 水不耦合装药时的孔壁压力35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 围岩损伤范围的确定及估算方法37-46
• 3.1 损伤范围的确定方法37-39
• 3.1.1 爆破信息的采集方法37
• 3.1.2 爆破损伤范围的确定方法37-39
• 3.2 损伤范围理论计算方法的修正39-44
• 3.2.1 爆破压碎区和裂隙区的计算方法39-41
• 3.2.2 基于裂隙区计算方法的损伤范围修正41-42
• 3.2.3 考虑爆生气体对裂隙二次扩展的损伤范围再修正42-44
• 3.3 算例44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 单孔径向不耦合装药爆破损伤范围研究46-75
• 4.1 LS-DYNA理论基础46-53
• 4.1.1 LS-DYNA简介46-47
• 4.1.2 LS-DYNA显式积分算法47-51
• 4.1.3 爆炸问题数值模拟51-53
• 4.2 研究方案及数值计算模型53-55
• 4.2.1 研究方案53-54
• 4.2.2 计算模型和计算参数54-55
• 4.3 炮孔直径对不耦合装药爆破损伤范围的影响研究55-67
• 4.3.1 计算工况55-56
• 4.3.2 不同炮孔直径损伤范围计算结果56-64
• 4.3.3 不同炮孔直径损伤规律分析64-67
• 4.4 线装药密度对不耦合装药爆破损伤范围影响研究67-71
• 4.4.1 计算工况67-68
• 4.4.2 不同线装药密度损伤范围计算结果68-71
• 4.4.3 不同线装药密度损伤规律分析71
• 4.5 耦合介质对不耦合装药爆破损伤范围影响研究71-74
• 4.5.1 水介质下爆破损伤计算结果72-73
• 4.5.2 水介质下爆破损伤分析73-74
• 4.6 本章小结74-75
• 第五章 渝鲁车站区间隧道光面爆破损伤范围研究75-88
• 5.1 渝鲁车站区间隧道工程简介75-78
• 5.1.1 工程概况75
• 5.1.2 工程地质水文地质概况75-76
• 5.1.3 施工设计爆破参数76-78
• 5.2 渝鲁车站区间隧道数值计算78-83
• 5.2.1 计算模型78-79
• 5.2.2 爆破损伤过程79-81
• 5.2.3 光面爆破结果分析81-83
• 5.3 区间隧道爆破损伤范围的PPV法计算83-87
• 5.4 本章小结87-88
• 第六章 结论与展望88-90
• 6.1 结论88
• 6.2 展望88-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-94
• 攻读学位期间取得的研究成果94

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1 殷顺浪;重庆典型地层不耦合装药岩石爆破损伤范围研究[D];重庆交通大学;2016年

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本文编号：321051