层状岩体隧道爆破损伤影响因素的数值模拟研究

发布时间：2020-06-23 09:04

【摘要】：在我国西部地区的隧道工程中,往往呈现的是高深埋、高地应力、软岩大变形等特征。当隧址区处于层状软岩中时,岩体的爆破由于受到结构面的影响,使得爆破能量不能被很好的控制利用,爆轰波在穿越结构面时会使得爆轰能量衰减,导致隧道成形困难,若控制不好,隧道轮廓面周边会出现大面积掉顶、塌方、超挖及欠挖,甚至对施工人员生命安全造成威胁。这将直接导致此类隧道的造价十分高昂,并且爆破质量难以保证。因此,研究层状岩体的结构面对隧道岩体爆破开挖的影响,对加快设计施工进度、节省工程投资、保障施工安全及衬砌结构的使用功能均有着深远的意义,在隧道工程领域具有广阔的应用市场和应用前景。本文以在建西成铁路甘加梁隧道隧址区作为研究对象,开展了以下研究工作:(1)根据隧址区的水文地质及工程地质勘查资料,进行了软岩类别以及隧道穿越区的应力水平的初步判定。结合依托隧道工程地质条件,分析了隧道施工过程中可能出现的风险,为数值模拟提供背景支持。(2)采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件,模拟了层状岩体单孔爆破的损伤过程。得到了爆生裂隙的发展规律并分析了结构面的不同填充形式对爆生裂隙发展规律和损伤范围的影响。对15MPa地应力作用下的层状岩体进行了单孔爆破损伤模拟,得到了爆炸动载与地应力静载耦合作用下爆生裂隙的发展规律和损伤范围。提取了爆破模型中各监测点的振速时程,得到了完整岩体、含结构面岩体、以及地应力作用下的爆炸应力波在的岩体中传播引起的质点振动速度衰减规律。(3)采用离散元软件3DEC对隧道爆破开挖过程中的动态响应进行了数值模拟,分析了岩层厚度、结构面强度、结构面产状、地应力大小等影响因素对隧道爆破开挖的影响,得到隧道爆破开挖过程中塑性区的范围、位移矢量以及最大主应力的分布形式。对隧道拱顶上方、边墙左侧以及底板下方的围岩中质点振速进行了监测,得到了各方向上的振速衰减规律。
【学位授予单位】：绍兴文理学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.6
【图文】：

环向裂隙,压碎区,裂隙区,炮孔

观点是炮孔中炸药爆炸后，产生的爆炸冲击波，造成岩石质点大位移，扩展爆腔，进而形成，该阶段消耗了大部分爆轰能量，能量迅速衰减转变为塑性及弹性应力波。此时的应力波搭载破坏了。但应力波的传播过程中切向衍生出了要远小于岩体的抗压强度，这才导致径向裂隙续消耗冲击波能量，应力波作用强度降低至在裂形及质点的震动。而紧随冲击波之后，爆生气“气楔效应”引起尖端裂隙延伸扩展。最终破碎用下向外抛掷。岩体爆破损伤如图 1.1 所示，某程中，爆炸应力波与爆生气体所起作用的大小统一的定论。明确两者在破岩过程中的作用，定伤范围，针对性的实现对岩体不同程度的破坏，这还需要对其开展深入的研究。

爆破损伤,石灰岩矿,炮孔

岩体爆破损伤如图 1.1 所示，爆炸应力波与爆生气体所起作用的大的定论。明确两者在破岩过程中的作用围，针对性的实现对岩体不同程度的破还需要对其开展深入的研究。破损伤图 1-炮孔 2-压碎区 3-裂隙区 4-环向裂隙1 Blasting damage map of rock mass with singl

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