联合布孔露天台阶爆破数值模拟研究

摘要

露天台阶爆破中常遇到复杂地质条件,针对"上硬下软"岩层条件下,运用联合布孔(即相邻炮孔孔深不一致)方式对"上硬下软"地质条件的岩层进行爆破. 本文基于制作"上硬下软"岩性的混凝土模型,下层采用C30混凝土灌注,上层采用C40混凝土灌注,分别测定其力学参数,主要研究内容如下: 在联合布孔方式下利用高速摄影仪技术,观察相邻炮孔孔深比不同的混凝土模型爆破瞬时裂缝延展过程,观察其裂纹扩展规律;并对其产生的块度进行分析,研究其爆破效果;在联合布孔方式下利用超动态应变仪测试系统,对相邻炮孔孔深比不同的混凝土模型测试,分析爆破瞬间应变规律. 主要研究结果如下: (1)运用高速摄影仪观察爆破瞬间裂纹扩展,主裂纹呈"大"字行,首先分层处出现横向裂纹,上层混凝土中间出现纵向裂纹,下层混凝土出现与横向裂纹呈50度夹角的斜向裂纹,次生裂纹围绕主裂纹扩展,抛掷过程中又相继出现许多不规则裂纹. (2)运用超动态应变仪测试爆破瞬间混凝土应变规律,在每个模型同一位置布置测点,应变规律曲线一致,在20μs处出现压应变峰值,31μs处出现拉应变峰值,87μs处出现小波峰,应变峰值有差别.应变规律和数值模拟应变规律相似,时间变化几乎一致. (3)用ANSYS/LS-DYNA软件,运用流固耦合算法,设定力学参数,建立混凝土数值模型,采用联合布孔方式,混凝土爆破,观测其应力、应变规律;相邻炮孔孔深比为0.4时,浅孔爆破形成的自由面对深孔爆破具有导向作用;相邻炮孔孔深比为0.5时,深孔爆破产生的应力集中在中间孔;相邻炮孔孔深比为0.6时,浅孔爆破形成的自由面对深孔爆破产生的应力分布无影响,应力不聚集.数值模拟应变规律和所测应变应变规律相似,时间变化几乎一致. (4)比较各组模型爆破效果,在"上硬下软"条件下采用联合布孔方式是可行的,能够将岩石爆破下来,炸药充分利用,相邻炮孔孔深比为0.6时,大块率最低,爆破效果最好.

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1岩石爆破破坏机理

1.2.2 岩体爆破理论阶段研究

1.2.3 动载荷作用下混凝土特性

1.2.4 爆炸应力波作用下混凝土介质的压缩和拉伸损伤断裂

1.2.5 混凝土爆破损伤规律的研究

1.3联合布孔现状研究

1.4 研究内容及技术路线

1.4.1研究内容

1.4.2 技术路线

第二章 模型材料设计与力学性质测试

2.1 混凝土力学性质

2.2 试验模型制作

2.3 爆破药量计算

本章小结

第三章 混凝土高速摄影试验

3.1 高速摄影仪简介及原理

3.2 混凝土裂纹扩展分析

3.3 爆破块度结果分析

第四章 混凝土模型应变测试试验

4.1 超动态应变仪原理及介绍

电阻应变测量原理

电阻应变片的动态响应

应变测试系统的动态响应

应变试验中的防干扰措施

4.2 混凝土爆破应变测量及结果分析

（1） 混凝土爆破应变片测量电压变化

（2）混凝土爆破应变片测量应变变化

本章小结

第五章 联合布孔爆破数值模拟

5.1 ANSYS/LS‐DYNA介绍

5.1.1 相关算法分析

5.1.2 ANSYS/LS‐DYNA分析流程

5.1.3 材料模型的确定

5.2 联合布孔数值模拟应力云图及结果分析

5.3 联合布孔数值模拟应力曲线及结果分析

本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录

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