深部岩体下爆破裂纹扩展影响因素分析

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近些年来,由于浅部资源的日益枯竭,国内外都开始向着开采深处资源的方向发展。深部岩体的破坏是高地应力和爆炸冲击荷载共同作用的结果,然而深部高应力岩体进行爆破施工时,深部岩体的爆破结果会与浅部岩体会有很大的区别。因此研究地应力对深部岩体爆破裂纹的影响有很大的实际工程意义。本文通过LS-DYNA中隐式-显式算法来模拟地应力下的爆破裂纹扩展过程。本文通过理论分析,数值计算的方法对地应力作用下的爆破裂纹进行了模拟,以及对爆破应力波的影响进行模拟分析,本文主要工作及获得的研究成果如下:(1)基于LS-DYNA软件建立了地应力条件下岩石单孔爆破模型,研究了不同地应力大小和不等值双向地应力对爆破裂纹扩展的影响。研究发现:地应力的大小对爆破裂纹的扩展有很大的影响,随着地应力的增大,爆破裂纹的长度减小;不等值双向地应力条件下,爆破裂纹扩展的方向受最大的地应力方向影响;地应力对爆破孔近点处的峰值速度有抑制作用,而对爆破孔远点处的峰值速度有增强作用并且随着地应力的增大这种效果越显著;不等值地应力条件下,竖直方向上和水平方向上的应力大小会有区别,但是其应力值均是随着地应力的增大而增大。(2)模拟了地应力条件下的隧道爆破裂纹的扩展过程。通过理论和模拟相结合的方法研究了空孔对爆破裂纹扩展的影响。模拟结果表明:当隧道爆破的爆破孔之间有空孔时,爆孔与空孔间裂缝贯通过程如下:炸药起爆后,先是炸药孔处的裂纹向外扩展,当应力波传到空孔处的时候,空孔处并未立即产生裂纹,而是当空孔处积累了一定的能量才开始开裂。之后炸药孔处延伸出的主裂纹与空孔处延伸的裂纹贯通。同时,地应力越大,两个爆孔与空孔之间的裂纹轮廓线越难形成。(3)利用LS-DYNA的隐式-显式算法模拟了地应力条件下的双孔微差爆破裂纹扩展的全过程。研究结果表明:微差时间的不同对两孔中间处的质点峰值速度和应力大小会产生影响。同时微差爆破会提高两爆孔间的破碎度。
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