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基于切槽孔的光爆层对边坡爆破效果的影响研究
| 论文题名： | 基于切槽孔的光爆层对边坡爆破效果的影响研究 |
| 关键词： | 边坡爆破;切槽孔;光爆层;SPH-FEM耦合计算;数值模拟 |
| 摘要： | 钻爆法是岩质边坡常用的开挖方式，其中光面爆破效果对开挖质量影响较大。常规爆破方式存在开挖断面不平整、爆破效率较低、超欠挖严重和碎石抛掷危害等问题。为解决这类问题，提出利用切槽炮孔的能量集中效应来控制开挖爆破时的光面爆破效果，同时调整预留光爆层厚度改变应力波传播规律进而实现光面爆破的优化，提高开挖效率。本文采用理论分析、数值模拟、室内试验相结合的方式展开研究，以339省道路堑边坡为例，模拟研究基于切槽孔的预留光爆层对边坡爆破效果的影响。通过本文的研究，得到的结论成果及主要工作内容如下： （1）利用ANSYS/LS-DYNA软件，建立不同算法模型下的切槽孔、常规圆孔二维模型，以爆破后裂纹形态、孔壁压力分析切槽孔的动力响应差异性。通过不同计算方式和理论值的验证得到：切槽孔应力主要集中在切槽处，切槽处比非切槽处孔壁压力高20.85%，峰值出现提前30%；同时，相较于理论计算压力值，SPH算法结果偏小、ALE算法结果偏大但更接近。两者均适用于爆破、冲击等大变形问题，ALE算法更具备完善的基础而SPH算法能展示爆破发生过程。 （2）研究切槽孔不耦合装药对爆破效果的影响得到，随着不耦合系数的增加，切槽爆破效率先升高再降低；在不耦合系数K为1.5-2.5时爆破损伤控制及裂纹质量较好。对比双孔爆破模拟结果表明，切槽孔能抑制非切槽方向的裂纹数量并提升切槽方向的裂纹质量，同样情况下切槽孔的有效致裂距离比常规圆孔增加了14%。基于优选的切槽孔间距进行不同光爆层厚度爆破模拟，分析得到，在计算范围内光爆层越厚，爆破质量越差。光爆层厚度在60cm-70cm间，炮眼密集系数维持在0.93-1.08之间，爆破实用效果以及经济效益较好。 （3）采用PMMA试件进行爆破试验，发现切槽孔的裂纹方向集中在切槽处，裂纹比圆孔裂纹长1.3cm；试验范围内双孔爆破随着孔间距增大而减弱孔间裂纹的贯穿效果，总体裂纹长度随着光爆层厚度的增大而减小，炮眼密集系数维持在0.71-1.40之间，爆破裂纹效果较好。 （4）针对339省道K29+580-K29+650段路堑边坡，建立三维数值边坡模型，采用SPH-FEM耦合算法对预留光爆层进行爆破模拟。首先针对HJC模型的参数适配性进行调整，然后就粒子速度演化及运动状态分析得到，随着光爆层厚度的增加，爆破开挖效果减弱；预留光爆层为100cm、炮眼密集系数1.1时，爆破损伤范围及抛掷效果较好。同时，增加了水包和空气间隔的优化装药结构能降低爆破损伤并提升爆破效率。 |
| 作者： | 楚博 |
| 专业： | 交通运输 |
| 导师： | 韩风雷;张学富 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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