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偏心不耦合装药结构爆破损伤分布与裂隙扩展特征研究
| 论文题名： | 偏心不耦合装药结构爆破损伤分布与裂隙扩展特征研究 |
| 关键词： | 光面爆破;隧道工程;偏心不耦合装药结构;损伤分布;裂隙扩展;数值模拟 |
| 摘要： | 光面爆破作为一种控制爆破技术，能够减小对围岩的损伤，在隧道及地下工程安全生产中起着至关重要的作用。光面爆破理论研究假设药卷中心与炮孔中心重合，但实际工程中炮孔通常处于水平或者倾斜状态，炸药会因重力作用紧贴孔壁一侧而难以维持于炮孔中心位置，形成偏心装药结构。而现有的光面爆破理论并不适用于偏心不耦合装药结构，因此偏心不耦合装药爆破时可能导致爆破效果与预期不符，产生超欠挖现象，严重时可能影响围岩稳定。为此，进行偏心不耦合装药结构损伤及裂隙扩展特征研究，为完善光面爆破理论及实际爆破工程提供一定的参考价值。 本文采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行了数值模拟研究，通过理论分析、工程经验值及数值模拟相结合的方法，分析了偏心不耦合装药结构爆破损伤及裂隙扩展特征，得到的主要成果如下： （1）基于HJC岩石本构模型，研究了装药位置、耦合介质、不耦合系数及地应力对于偏心不耦合装药爆破岩石的损伤分布的影响，并通过理论计算值、经验值与数值模拟结果相对比，验证了数值模拟的准确性，结果表明：偏心不耦合装药相较于同心不耦合装药，其损伤分布呈现明显的偏心效应；偏心不耦合装药采用水耦合介质时，耦合侧与不耦合侧岩体的压碎区与裂隙区范围显著增大；随着不耦合系数的增加，耦合侧岩体的压碎区、裂隙区和破坏区范围呈先快后慢的减小趋势；不耦合侧岩体裂隙区与破坏区呈线性减小趋势，当不耦合系数为1.7时，爆破效果最佳。随着地应力的增加，炮孔周围压碎区与裂隙区范围均不断减小。 （2）本文对RHT材料参数进行标定，采于RHT岩石本构模型研究了炮孔间距及光爆层厚度对于偏心不耦合装药爆破裂隙扩展的影响。结果表明：两炮孔同时起爆时，炮孔连心线中点位置的等效应力峰值明显增大；炮孔间距过小时，炮孔周围的裂纹分布范围大，两炮孔之间形成的贯穿裂缝宽度大，炮孔间距过大时，裂纹不易贯穿，本文工况取得的合理炮孔间距为13~18d。光爆层越小，爆破荷载对于光爆层岩石的破碎效果越好，但可能对围岩造成损伤，光爆层厚度越大，爆破荷载对于光爆层的破碎程度越差，产生岩体的块度越大，炮孔密集系数取0.8~1之间时比较合适。 （3）通过数值模拟分析与实际工程进行对比表明，合理利用偏心不耦合装药结构有利避免围岩发生超欠挖现象，形成光滑平整的开挖轮廓面。 |
| 作者： | 张向阳 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李晓静;冯修新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东建筑大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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