爆生气体致裂作用试验研究

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近年来,在基础设施建设方面国内外投入大量资源,建设过程中,爆破工程是一种常见的技术手段。为保证爆破工程的安全性和精确性,在爆炸、爆燃过程中,特别是在应力波衰减而爆生气体作为主要驱动因素的片区,爆生气体致裂作用不容忽视。对此,探索爆生气体的各个因素驱动裂缝扩展的影响情况,研究爆生气体致裂作用具有重要的理论和现实意义。本文针对爆破、爆燃过程中产生的爆生气体,对爆生气体驱动裂缝扩展过程中,瞬态压力峰值、预裂缝、加载速度下裂缝的破坏形态以及延展情况开展了系统的室内模型试验研究。并综合分析计算试验过程中的现象和问题,最后综合分析爆生气体驱动裂缝扩展的情况,并提出适用于工程实际的建议。本文研究成果主要包括以下内容:(1)完成爆生气体发生装置的设计与制作;在前人学者研究的试件模型基础上,调整了模型形状和尺寸;制定了一套较为完整的试验方案。在爆生气体致裂作用试验研究的新方向走出了一小步,弥补了部分爆生气体室内试验的空白。(2)0.2MPa梯度缓慢加载,准静态加载试验结果表明:预裂缝对模型试件的完整性影响不明显,可能是因为预埋预裂缝的聚酯膜与试件实体贴合密实,避免了预裂缝处应力集中的现象;本试验所用试件准静态压力破坏峰值在1.4~1.6MPa之间。而准静态有限元计算结果表明:预裂缝对模型试件完整性影响显著。(3)压力峰值、加速管道长度、预裂缝三个因素影响下,交互实验瞬态加载。瞬态加载试验结果表明:瞬态压力峰值越大,试件破坏程度越大;预裂缝对试件破坏程度影响显著;加载速度越快试件破坏程度越大。瞬态有限元计算结果和瞬态加载试验结果与预测试验结果一致。在瞬态试验结果中发现三个现象:1)瞬态试验加载峰值小于准静态试验加载峰值;2)试验结果中裂缝形态和走向存在一定的共性;3)一定条件下,存在一定阈值,利于主裂缝扩展。(4)瞬态加载试验峰值0.4MPa,能让试件漏气破坏,低于准静态加载破坏压力峰值的现象,分别从射流力学、瞬变流理论和压缩瞬变理论三个角度去分析计算,结果表明:瞬态冲击过程相对更加符合瞬变流理论或压缩瞬变理论的计算条件。解释了瞬态加载试验结果中的另外两个试验现象,并对试验提出了改进意见。最后,根据试验分析结论,计算分析复合射孔技术中二次爆燃驱动岩石裂缝扩展的过程,并提出相关意见。
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