初始应力下岩体爆破损伤特性及破裂机理

钻爆法在岩体开挖工程中应用广泛，其工作效率与岩体结构及地质环境密切相关。初始应力会显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为及破坏特征，导致深部岩体超/欠挖等问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了不同初始应力下岩体的爆破损伤特性及破裂机理。基于弹性力学建立单孔爆破动静组合理论模型，分析了静态应力分布及动态应力演化特征，揭示了初始应力作用下岩体爆破损伤机制。通过经验公式及动态力学试验对RiedelHiermaier-Thoma (RHT)模型参数进行标定与修正，并结合室内爆破实验及理论结果对数值模型进行验证。此外，在单孔爆破数值模型中分析了爆炸压力演化规律、裂纹扩展行为及分形特征，结果表明数值模拟结果可以较好地论证理论模型的合理性。研究发现：环向拉应力是影响爆破裂纹扩展的重要因素，当初始应力较大时，合理调整环向应力分布可改善岩体爆破碎裂效果，实际工程中可结合预裂技术进行地压调控改变应力分布。     

台阶地形爆破振动放大与衰减效应研究

基于台阶地形爆破振动数值模拟与边坡振动监测实验，研究台阶地形爆破振动速度在传播过程中高程放大效应的产生及变化规律。结果表明，单个台阶坡顶质点的振动速度放大效应是在距爆源一定距离、达到一定高差的条件下产生的；坡顶质点振动速度放大倍数并不随台阶高度的增加而单调增加，在台阶高度超过某一临界值后，放大倍数随台阶高度的增加而减小。台阶高程对爆破振动速度既有放大作用，同时也随高度的增加产生衰减作用。根据模拟计算及现场观测数据分析结果，给出了台阶地形爆破振动速度预测模型，该模型为类似边坡工程的爆破地震波传播规律研究提供一定的参考。     

沟槽深孔微差爆破的工程实践和数值模拟

以工程实践和动力有限元程序分析沟槽深孔微差爆破问题。探讨了沟槽内岩块的运动规律,以及深孔微差爆破的作用机理。结果表明,基于工程实践的数值模拟,能较客观地反映爆破破岩的动态过程,并为爆破设计提供理论依据。     

岩体爆破松裂区的损伤机制及其数值模拟

用损伤力学处理方法着重研究爆破运区岩体的松裂机制，建立其损伤发展方程与本构模型。在二维限差分计算程序（Ｓｈａｌｅ）中嵌入伤模型后，实现了岩体爆破松裂区数值模拟。对三峡工程左岸坝基岩体小药量爆破试验和清江隔河岩工程的开挖爆破进行了模拟计算，其结果与相应的实测数据吻合，模拟相对误差小于１３．３％。     

高层建筑物爆破拆除塌落震动的数学模型

结合工程实践 ,对高层建筑物的解体形式、撞击地面的能量和震动在介质中的传播规律等进行分析 ,把建筑物的结构特征和爆破参数联系起来 ,建立了特定条件下高层建筑物塌落震动质点振动速度的数学模型 ,该模型揭示的基本规律与工程实际吻合较好。     

基于小波包技术的爆破地震波特征提取及预报

在微风化花岗岩石场地进行了孔径为76mm、孔深为5m的单孔和单段多孔爆破实验研究,获得了该类场地爆破地震波加速度衰减规律,加速度衰减系数为k=3698,=2.046,并研究了该场地基频特征。运用了小波包技术对爆破地震波测试信号特征量提取,分析了试验所测爆破地震波不同频带下小波包系数的衰减规律。在此基础上建立了基于不同频带小波包系数的爆破地震波预报模型,该模型在爆破地震波波形、峰值及频率预报方面均具有较高的准确度。     

峒室爆破中分装药包位置参数的工程计算

为减小爆破震动对路基和边坡稳定性的影响，从装药的“微分减震”原理出发，采用分装药包代替常规的集中药包，并进一步确定分装药包间距，运用应力波理论和工程计算相结合的方法，探讨岩石破裂圈与分装药包应力叠加的联系，总结出在一般条件下的分装药包设计规律和方法；并通过工程实践得到了进一步验证，对同类爆破工程的设计具有重要指导意义．     

混凝土板爆破作用数值分析

混凝土板是爆破拆除经常遇到的爆破对象，是建筑物的基本构件．爆炸应力波峰值随距离衰减是工程爆破参数设计的理论依据之一．通过数值计算，研究爆炸应力波峰值随距离的衰减规律．研究结果表明，与无限混凝土介质相比，爆炸应力波峰值在混凝土板中衰减较快．应力波峰值的衰减指数随装药量增大而减小，衰减指数的变化率也随装药量的增大而减小．     

发射药燃烧热辐射传播规律

采用构建物理数学模型和实验验证的方法,首次提出发射药燃烧热辐射柱体理论模型;利用自由场条件下的单基发射药燃烧热辐射实验,对比分析球体热辐射模型,验证了柱体理论模型能够客观反映发射药燃烧热辐射传播规律。实验表明,自由场条件下4种不同单基发射药药量的燃烧热辐射实验数据与柱体燃烧理论模型相吻合;同时由数据拟合分别得到单基发射药热通量与药量、距离以及热剂量与药量、距离的定量函数关系,可为准确评估单基发射药燃烧热辐射毁伤效应提供相关理论基础。     

应力波衰减基础上的岩石爆破损伤模型

在TCK损伤模型基础上 ,考虑岩石冲击损伤过程的声波测试衰减规律 ,构造新的岩石爆破损伤模型。将该模型装进LS DYNA3D动态有限元程序 ,通过岩石冲击损伤实验验证该程序的计算结果 ,并用新模型实现了岩石台阶爆破数值计算。     

中深孔爆破振动参数的BP神经网络预报

以某工程不同爆点不同监测点的爆破振动监测数据为背景 ,在分析爆破振动主要影响因素的基础上 ,建立了能同时对爆破振动速度峰值、振动主频率和振动的持续时间进行预报的BP神经网络模型。该模型的预报结果 (爆破振动的幅值、振动主频率和振动持续时间 )与实际监测结果基本吻合 ,从而得到了该场地不同地质、地形情况下爆破振动预报的BP神经网络模型。     

岩石爆破分形损伤模型研究

在Ｋｕｓ和Ｔｈｏｒｎｅ等人研究基础上，利用分形理论及应用成果提出了一种新的岩石爆破损伤模型。新模型将岩体中各种结构弱面视为初始损伤，并将其分形维数作为岩石性质的主要参量，用损伤能量耗散率及与分形维数的关系表征爆破过程中的岩石损伤演化规律，从而弥补了现有模型未考虑初始损伤影响和将损伤演化归结为体积应变函数的不足。还通过模拟试验等手段验证了新模型的如上观点。     

混凝土中爆炸应力波衰减规律的数值模拟研究

基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA的多物质ALE算法,开展混凝土中爆炸波衰减规律的数值模拟研究。首先,基于已有实验数据对材料模型参数和数值算法的可靠性进行了验证,在此基础上分析球形装药在混凝土自由场中爆炸波衰减规律,利用量纲分析和数值模拟拟合了球形装药在混凝土自由场中近区爆炸波峰值应力计算公式并明确其适用范围;然后,分析装药埋深对混凝土中装药正下方不同距离处爆炸波峰值应力分布的影响,建立了耦合系数与装药埋深和测点距离之间的定量关系。结果表明:Kong-Fang混凝土材料模型可实现对混凝土中爆炸波传播衰减规律的高精度数值模拟;定义混凝土中装药质量系数和耦合常数,可定量描述装药埋深和测点距离对峰值应力耦合系数的影响;建立的混凝土中近区爆炸波峰值应力计算公式可较准确地快速预测不同装药埋深、不同测点距离和不同混凝土强度时爆炸波峰值应力。研究结果可为混凝土结构抗爆设计和爆炸毁伤评估提供参考。     

隧道爆破近区振动的预测方法

将比例距离的概念应用于隧道爆破振动分区中,以速度衰减曲线斜率的大小作为分区计算的依据。在此基础上,提出采用BP小波神经网络的方法预测爆破近区振速,以棋盘山隧道实测数据验证模型的可行性。结合泉厦高速公路大坪山隧道工程实例,对临近既有隧道形式的隧道爆破地震波传播规律进行分析,并对近区振速进行预测。分析表明:（1）在无实测值时,隧道爆破分区可按比例距离大致划分为:比例距离 < 5.0为爆破近区;5.0≤比例距离≤9.0为爆破中区;比例距离 > 9.0为爆破远区。（2）BP小波神经网络爆破近区预测模型不仅适用于新建分离式隧道,也适用于临近既有隧道的新建小净距隧道。研究成果对复杂环境下的隧道钻爆施工具有一定的指导意义。     

下穿铁路隧道爆破振动衰减规律研究

基于Heelan短柱药包理论,引入等效作用半径的概念,得到内部瞬时激励荷载作用下爆破峰值振动速度的衰减模型方程,并通过量纲分析进行验证。结合下穿隧道爆破工程,研究不同雷管段位及不同炮孔类型对应的爆破峰值振动速度的衰减规律。此外,讨论球形装药、柱状装药条件下改进公式的药量形式表达式,结果显示,利用等效作用半径作为拟合参考变量可以综合考虑不同雷管段位及不同炮孔类型对爆破振动规律的影响。统计数据表明,利用改进公式得到的拟合效果最优,可以为类似隧道爆破振动研究提供参考。     

上覆岩土条件下孤石爆破预处理炸药单耗实验

盾构机在风化花岗岩地层掘进会遇到高强度孤石,为降低施工风险、避免刀盘及刀具严重损坏,常采用地面钻孔爆破对前方孤石进行预处理,但其炸药单耗一般由经验公式确定,导致爆破效果不理想。结合实际工程对爆破块度小于30 cm的特殊要求,采用爆破模型实验对炸药单耗进行研究。实验结果表明:满足特殊块度要求的陆地钻孔爆破炸药单耗是常规钻孔爆破的5.4~6.5倍;上覆地层厚度与炸药单耗呈线性递增关系;实验得出的炸药单耗是瑞典经验公式计算值的3.4~4.9倍。由此提出满足工程需要的炸药单耗修正公式,应用于实际工程并通过验证取得良好效果,为类似工程孤石爆破预处理炸药单耗的计算提供依据和参考。     

条形药包爆破现状与展望

首先介绍了条形药包的爆炸作用场理论计算模型，对模拟实验技术和工程应用现状都做了系统综述，其次较全面地展示了条形药包爆破理论和实践的最新发展动态。文中还对现有条形药包装药量计算公式进行了总结和分析，推荐了一个较为可靠合理的药量计算公式。最后提出了几个条形药包爆破技术中存在的主要问题，并对条形峒室药包爆破的发展前景作了分析评述。     

柱形装药条件下锥形水中爆炸激波管内的冲击波特性

锥形水中爆炸激波管是进行水中爆炸实验的一种装置,该装置能够通过较小装药量在相同距离处实现自由场水中较大装药量爆炸的冲击波峰值。为了获得柱形装药条件下锥形水中爆炸激波管内的冲击波特性,本文通过数值计算的方式,对不同圆锥角和不同柱形装药质量下锥形激波管内的冲击波传播过程进行了模拟,通过对不同工况下激波管内冲击波特性进行分析,发现其初始冲击波的衰减规律符合自由场水中的指数衰减形式,并拟合得到了与自由场水中爆炸相容的冲击波峰值、比冲量和能流密度经验公式;发现其二次脉动压力周期与炸药质量呈反常规的变化规律,并引入等效静水压深度解释了这一现象;发现其二次脉动压力幅值与初始冲击波幅值之比比自由场水中更大,而二次脉动压力的比冲量与初始冲击波冲量之比与自由场水中相当。     

牡丹江二电厂贮灰坝定向抛掷爆破筑坝

在各种复杂条件下,为了准确地确定定向爆破抛掷土堆的形状,作者提出了一种简单的机械模型——整体弹道抛掷法。这种模型是基于五十几次定向爆破筑坝的大量数据分析归纳的结果。在设计和构筑盛家峡水库时,应用了这种模型,虽然这种模型只在初始阶段,还不很完善。但是,它可以解释和验证几乎所有的爆破筑坝工程。当然这种模型还待进一步改善。 本文扼要地介绍了在筑坝时,怎样应用这种方法和设计的方法。文中并给出了爆破结果。     

工程爆破问题数值模拟研究

工程爆破方法在开矿、筑坝、修路和凿洞中得到了广泛使用,经验和分析表明,当炸药埋深超过40米时,重力对爆破抛掷现象有明显影响,但目前缺乏系境研究。本文提出了一个用于爆破作用下的岩体本构数学模型,并用二维轴对称数值计算方法对有重力影响的工程爆破问题初始阶段进行了详细研究,计算结果包括爆炸应力波的传播规律,岩体的加速与破坏过程,空腔与地表面的运动规律,抛掷区的形成与划定,能量分配关系等,结果表明:重力对爆炸波的传播基本无影响,重力仅影响抛掷区的大小和抛掷区动能占总爆炸能的比例。