爆炸应力波在节理岩体中传播规律的数值模拟研究

发布时间：2020-05-01 02:53

【摘要】：随着我国交通工程的快速发展,山岭隧道工程大量出现,钻爆法是隧道最常使用的开挖方法。自然界中的岩体都含有节理等软弱结构面,这些软弱结构面的存在,阻碍了应力波的传播,加剧了应力波的衰减,使爆炸能量分布不均匀,从而使钻爆法中岩石爆破块度和隧道开挖轮廓面平整度难以控制。研究爆炸应力波在节理裂隙岩体中的传播规律,能够指导实际工程中凿岩爆破参数的确定,提升爆炸能量的利用率,增强爆破效果,并为节理裂隙岩体的爆破工程参数优化提供理论指导。本文采用ANSYS/LS-DYNA软件,研究了岩石爆破过程中节理对应力波传播与衰减的影响规律以及节理几何尺寸和充填物对其隔震效应的影响规律。主要研究内容及成果如下:⑴研究了不同节理宽度和节理充填物时,节理处应力波的反射和应力波能量的消耗,得到了随着节理宽度增加,节理对爆炸应力波的阻碍作用增强,更多的爆炸应力波能量被耗散在节理中;对于充填物分别为软弱岩体薄层、松散岩土体、水、空气时,这些充填节理对爆炸应力波的反射作用依次明显增强,对爆炸应力波的阻碍作用增强,通过节理后的爆炸应力波能量降低。⑵研究了节理倾角不同时爆炸产生的应力分布,得到了岩石中应力在过炮孔与节理垂直的方向上集中,节理中的应力也在此方向上集中。进一步分析了这种特点对光面爆破成型效果的影响。探究了爆源装药量不同时,应力波在节理处衰减程度的变化,得到了随着爆源装药量增大,节理对应力波的阻碍作用减弱。⑶依据实际隧道工程建立数值模型,研究了节理沿掌子面掘进方向的延展长度、节理在竖直方向长度以及节理充填物不同时地震波通过节理的衰减规律,得到了节理延展长度、竖直方向长度以及节理充填物对地震波衰减影响的特点。在相邻小近距隧道之间存在较发育的节理时,在控制新建隧道爆破作业产生的振动对既有隧道结构的损害时,可以利用节理的隔震效应,根据节理的几何尺寸和充填物情况并参考本文获得的规律调整爆破振动控制措施,以期加快施工进度、降低施工成本。
【图文】：

云图,节理,岩体,宽度

也即，岩体无节理时，在距爆源中心 20cm 象。岩体中存在节理时，在应力波通过节理处发生了反存在反射波的区域颜色加深（代表应力增大）。随着节理源的一侧应力波变得愈加稀疏、范围愈加小、颜色愈加岩体，应力波会在节理处发生反射；且随着节理宽度的隔作用增强，节理中消耗的应力波能量增多，穿过节理（a）无节理岩体 t=70μs 时有效应力（Von Mises）云图

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(d)节理宽度 10cm 岩体 t=70μs 时有效应力（Von Mises）云图 3.3 岩体 t=70μs 时有效应力（Von Mises）云图（单位：1055 节引用的黄理兴的观点所述，应力波波阵面的曲率反映主体范围破碎量的切向拉应力与应力波波阵面的曲率有关后 t=110μs 时，，岩体中无节理以及节理宽度分别为 1cm、（Von Mises）云图。从图中可以看出，相较于岩体中无存在节理时，应力波通过节理处应力波波阵面的曲率发cm 时，应力波波阵面曲率的变化还不明显。随着节理宽的曲率半径明显的增大。这说明，随着节理宽度的改变切向拉应力的状态发生了变化。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.41

【参考文献】