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地表爆破作用下地下隧道动态响应分析
| 论文题名： | 地表爆破作用下地下隧道动态响应分析 |
| 关键词： | 地表爆破;地下隧道;炮孔参数;数值模拟;动态响应 |
| 摘要： | 在露天矿开采过程中，因一次爆破装药量大、爆破频繁，对地下硐室、隧道等工程结构的安全性造成危害，因此，爆破过程中这些地下结构动态响应备受关注。岩体在形成的过程中经历复杂的地质构造作用，其内部存在着大量的节理、弱面等缺陷，这些缺陷的存在对爆破作用下地下隧道的动态响应造成很大的影响。 本文以南芬露天铁矿爆破开采、地下平硐运输工程为依托，利用格点-弹簧法和LS-DYNA软件对爆破作用下地下隧道的动态响应及影响因素进行了数值模拟研究，完成了以下工作: (1)从理论上分析了岩体的爆破过程，结合爆破过程，分析了岩石破坏准则以及爆破应力波在经过节理时的反射与透射过程，并利用LS-DYNA和格点-弹簧法对应力波在不同介质中传播过程进行了分析，计算所得到的结果与理论计算值比较吻合; (2)利用LS-DYNA软件对南芬露天铁矿的爆破过程进行了数值模拟，其结果与实际测量结果基本一致，随后又探究了节理对地下隧道动态响应的影响，得出以下结论:随着节理数目的增加，隧道上方质点速度峰值和单元有效应力峰值在逐渐减低，并且隧道顶点处的质点速度峰值和单元有效应力峰值与节理数目呈现出一种近似线性衰减的关系;节理在隧道上方逐渐改变位置时，对隧道的动态响应的影响基本不改变，当节理穿过隧道时，隧道上方的质点速度峰值和单元有效应力峰值会激增，对隧道的安全不利;当节理倾角逐渐增大时，隧道顶端质点速度峰值以及单元有效应力峰值呈现出逐渐减小的趋势; (3)利用LS-DYNA软件探究了炮孔参数对隧道动态响应的影响，当炮孔数从1个增加到3个时，隧道周围单元有效应力峰值和质点速度峰值均大幅增加，但是炮孔数从3个增加到5个时，隧道周围单元有效应力峰值和质点速度峰值并没有明显的变化，此时距离成为限制其对隧道的动态响应影响的主要因素;炮孔采用微差爆破的方式起爆能够分步释放炸药能量，有利于保证地下隧道的安全; (4)利用LS-DYNA软件探究了隧道上方围岩厚度及影响因素，得出以下结论:隧道上方围岩极限厚度大约为24m，当岩体的抗拉强度降低时，隧道上方的损伤会加剧，当炮孔和隧道之间存在节理网络时，隧道上方围岩极限厚度会降低。 |
| 作者： | 孙文涛 |
| 专业： | 一般力学与力学基础 |
| 导师： | 李永强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2018 |
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