不同聚能爆破模式应力波传播及裂纹扩展规律研究

发布时间：2021-10-10 14:45

　　为研究双向聚能拉伸爆破应力波传播及裂纹演化规律,采用理论分析、数值模拟等方法,研究单孔爆破、连孔爆破、间隔爆破爆炸应力波的传播形式和裂纹扩展规律。结果表明,连孔聚能爆破和间隔聚能爆破的裂纹扩展长度都在水平径向上达到了900 mm,而单孔聚能爆破仅600 mm,说明连孔聚能爆破时应力波的叠加使切向拉应力增大,聚能方向形成了与孔心连线相平行的裂纹,裂纹开裂延伸,直至贯通。间隔爆破时随着应力波的传播,裂纹尖端张拉应力区也不断向前推移,促使裂纹继续发展,直至贯通。该项研究在岩石成型爆破中提供了有效真实的参考依据,具有广阔的应用前景。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

间隔聚能爆破数值模拟图

双向聚能拉伸爆破技术在2003年由何满潮院士首先提出,该项技术充分利用了岩石的“抗压怕拉”特性,它通过将点状PVC聚能管与普通矿用炸药相结合,使炸药爆炸后在聚能方向上形成切向拉应力,最大限度地将爆轰压力转化为对围岩的张拉作用,在聚能方向上形成有效的定向预裂[13]。同时,由于非聚能方向上PVC管的缓冲作用,避免了非聚能方向上孔壁岩石的损伤破坏,双向聚能拉伸爆破原理及聚能装置示意图如图1所示。聚能爆破过程中,在炮孔周围形成冲击波,由于聚能装置和岩石质点的位移,使得冲击波迅速衰减为应力波,应力波的传播和叠加达到了破岩的效果。通过分析可知,双向聚能拉伸爆破裂纹扩展过程分为:冲击波对设定方向岩石的压裂作用、应力波沿设定方向对岩石的拉伸裂纹扩展、高温高压气体气楔作用和拉伸作用共同引起的裂纹延伸三个过程[14-15]。假设爆破炮孔为理想绝热密闭空间,设炸药起爆后在聚能方向上孔壁受到的爆轰产物冲击压力为

双向聚能拉伸爆破在炸药起爆后,首先聚能装置上的聚能孔使爆生气体直接与孔壁接触,产生的压应力迅速转化为沿聚能方向的张拉应力,非聚能方向上受到的压应力作用于孔壁时可分解为垂直于聚能方向的分力Py和平行于聚能方向的分力Px,当垂直于聚能方向的分力叠加大于岩石的抗拉强度时,孔壁将沿聚能方向发生拉裂破坏,生成初始径向裂隙;其次以应力波的叠加为主要开裂机制指导裂纹扩展;最后由于应力波在岩石中传播的衰减,由爆生气体的膨胀作用与应力波的叠加共同作用贯通裂纹。其单孔聚能爆破力学模型如图2所示。当应力波作用于孔壁后,随着波在岩体中的传播将产生应力波的叠以及爆生气体在水平径向裂隙中膨胀挤压,以至合力大于岩石的抗拉强度而造成开裂。以炮孔的1/4为例其合力的函数式为

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3428586