爆破动载下锚固岩体损伤特性研究

发布时间：2020-07-01 01:30

【摘要】：在巷道爆破开挖工程领域,为了使爆破成巷达到预期效果,改善锚固岩体受爆破动载影响的应力状态,提高工程的稳定性,进行爆破动载下锚固岩体损伤特性的研究具有极其重要的意义。由于施工进度的要求,经常需要爆破作业与巷道支护作业交替进行,巷道爆破开挖又不可避免的会对锚固系统产生影响。经分析研究,爆破动载对锚固系统的影响存在影响范围区;在区域内研究锚固岩体动态损伤情况,通过合理优化参数,可以增加巷道的使用寿命。本文主要通过理论分析、数值模拟和工程实测的方法分析爆破动载对锚固岩体动态损伤的影响。通过理论分析将受到爆破动载影响下的围岩进行分区;利用ANSYS软件模拟围岩裂隙扩展情况,从而探究裂隙扩展规律;运用应力波理论通过波势函数展开法研究锚固系统在平面简谐波作用下的动态响应,并分析了锚固岩体静、动载条件下的应力状态;利用数值模拟软件分析研究了一次爆破与微差爆破对锚固岩体产生损伤的影响因素,模拟循环爆破来探究锚固岩体累积损伤;通过工程实测验证了理论与模拟的可行性。通过三种研究方法,取得的认识和结论如下:(1)通过模拟巷道断面炮孔爆破时的裂隙扩展过程,得出了炮孔之间裂隙发育情况,揭示了围岩裂隙扩展规律。(2)利用极坐标工具分析出在入射波与锚固系统夹角呈0°和180°时正应力值最大,在夹角呈90°和270°时正应力值最小;轴向、径向和切向正应力中轴向正应力的值最小。(3)通过分析预应力与锚固系统之间的相互作用,得出预应力在锚固系统中力的传递规律;预应力的作用下使得锚固体-锚杆界面及周围岩体拉应力作用较强,在爆破动载的作用下该区域易受影响产生损伤或破坏。(4)利用ANSYS软件模拟了一次爆破与微差爆破作用下锚固岩体损伤模型,得出巷道顶板锚固岩体受到的应力较大;通过探究锚固岩体损伤随距巷道表面距离、应力大小和质点振动速度之间的关系,得到损伤与距离呈非线性递减关系,损伤与应力和质点振动速度呈非线性递增关系的性质。(5)以园子沟煤矿作为工程背景,在西翼二号回风大巷进行工程爆破作业,利用RSM-SY5声波测试仪检测数据,研究发现循环爆破作用下锚固岩体的累积损伤并不是简单的损伤叠加;损伤与爆破次数之间存在非线增长关系,但是随着工作面的推进损伤增长速率逐渐减小。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD353.6
【图文】：

云图,裂隙扩展,云图,压碎区

图 2-3 不同时间间隔裂隙扩展云图Figure 2-3 Crack expansion cloud map at different time intervals上图 2-3 中，微差起爆时间间隔分别为 850μs、1400μs、2700μs、4700μs。850μs 时辅助眼开始起爆，从图中可以看出来应力波呈圆环的形式向外介质传播，在这个时刻辅助孔周围的岩体强度小于爆炸产生的压力，岩石受冲击波压力的影响发生径向移动，导致辅助孔周围岩石压碎形成爆破堆，进而形成压碎区，图中不规则的白色区域为压碎区域。压碎区外的岩石任然受到冲击波的影响但是较压碎区的破坏程度要小。随着距离的增加冲击波逐渐衰减为应力波，应力波对岩石的破坏程度较冲击波要小的多；应力波在介质传播的过程中可以分解为径向应力和切向拉应力两种应力形式；爆破载荷主要以径向应力作用使岩石介质破坏，切向拉应力的值约为径向应力的一半，但是岩石的抗拉强度约为抗压强度的 1/15，切向拉应力在对岩石破坏的过程可以使岩石拉伸破坏，岩体内形成径向裂隙从而导致岩体的破坏。在上图 1400μs 时刻及之后的图中可以看出，由于周边孔装药量少于辅助孔，所以在爆破后形成的压碎区范围有明显的不同。爆破后还可以明显的看出裂隙的发育情况，图中裂隙端部为裂隙尖端，云图中尖端处的应力大于裂隙其他部位，

径向正应力,极坐标,因变量

图 3-3 极坐标下径向正应力图Figure 3-3 Radial normal stress diagram in polar coordinate力的极坐标公式命令为：*(1+m)/2*(1+R1^2/R2^2)-p*(1-m)/2*[1+(3*R2^4+R1^4)/力极坐标下以 sgmxt（公式中为）为因变量，如图

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