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原文传递高地应力隧道卸压爆破数值模拟

论文题名：	高地应力隧道卸压爆破数值模拟
关键词：	高地应力隧道;卸压爆破;装药结构;数值模拟
摘要：	随着交通建设的快速发展，大量大埋深、长度长的交通隧道需要建设，而这类隧道的高地应力易引起围岩失稳等地下工程问题。在大规模的开挖作用下，深埋隧道中的高地应力在围岩中发生强卸荷作用引发岩爆等灾害，造成人员伤亡、工期延误等损失。本文利用前人的研究所得，从卸压爆破技术研究历史、爆破相关的数值模拟出发，总结了现有的不足，针对高地应力隧道的卸压爆破技术，进行了数值模拟。　　论文简述了岩石在爆破作用下的破碎机理，论述了岩石爆破的本构模型理论，研究了岩石在不同理论阶段的本构方程模型，分析了岩石在不同装药结构和不同起爆方式作用下岩石的破碎过程，为后面的卸压方案中的卸压爆破方式提供了理论基础。根据显示动力学理论知识，选取合适的有限元软件进行爆破模拟。综合考虑岩石力学理论、爆破动力学原理及有限元数值计算方法，在显示动力学分析有限元软件Ansys/Ls-Dyna选取符合本文数值模拟参数，其中包括基本控制方程、有限元的离散化、时间控制、模型边界条件等基本条件参数，除此之外，还需选取合适的岩石材料模型、炸药模型等材料的模型及适合本文模拟的数值计算方法。结合以上的理论基础进行模拟，模拟的装药结构有4种代表性的结构:连续装药结构、径向不耦合装药结构、轴向孔顶间隔合装药结构及轴向孔底间隔装药结构，除了装药结构方面的模拟外，还模拟了炸药的2种起爆方式:正向起爆和方向起爆。　　通过对不同装药结构及不同起爆方式的爆破过程模拟，对其模拟结果进行分析，选取了爆破过程中对围岩扰动影响最小的装药结构及起爆方式。利用Ansys中的静态结构分析模块，对爆破后的卸压效果进行模拟分析。通过静态数值模拟研究表明，与卸压爆破前相比，卸压后隧道围岩所受的竖向应力、水平应力及围岩的位移都有一定程度上的降低。通过在围岩上进行卸压爆破使应力向深部转移，说明在高地应力隧道中卸压爆破具有一定的操作性，从而保证了隧道围岩的安全性和稳定性，降低了岩爆等地下工程灾害的发生概率。　　本文的研究成果对于理论研究发展比较缓慢、且一般应用于小断面的巷道的卸压爆破具有一定的参考价值及工程现实意义。
作者：	白辉伦
专业：	地质工程
导师：	韦猛;熊冰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文