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工程爆破领域,对板状结构介质(如混凝土地坪、冻土层和冰层等)进行爆破时,采用传统钻孔爆破方法不能有效地保证介质的完全破碎和爆破过程中的安全。接近爆破是利用放置在波阻抗小的介质中的药包对附近高阻抗介质破坏的一种爆破方法。特别是对板状结构介质的爆破,无论是爆破效率、爆破安全还是经济效益等方面都比传统钻孔爆破法效果好。
论文借助有限元方法建立了冰层和混凝土地坪爆破的三维模拟模型,并用LS-DYNA970有限元软件的求解器和后处理器对爆炸作用下水中爆破冰层以及土中爆破混凝土地坪的破坏过程进行了数值模拟。通过各介质压力、位移、速度、爆轰能量传播时程曲线对比,分析了爆炸应力波在各介质中的传播规律;各介质压力、位移、速度随时间变化规律;爆轰能量传播及各介质对能量的吸收规律;被爆介质性质和布药距离对爆破效果的影响四方面内容。
将爆炸作用下板状结构介质破坏过程分为约束介质压缩、板状介质弯曲断裂破坏和碎块抛掷三个阶段。爆炸应力波的峰值压力远大于爆炸气体作用的峰值压力,但是板状结构介质的主要位移和变形均来自于爆炸气体的作用。板状结构介质位移、速度最大值均出现在压力的衰减阶段,首先加速变形,随后加速度趋于零,呈匀速垂直变形。
针对不同性质的板状结构介质和布药距离对介质爆破效果的影响,提出爆破不同板状介质时,布药距离与药包药量之间的简单关系。系统动能曲线和内能曲线基本关于水平方向对称,如果不考虑整个爆破过程中的能量损耗,整个系统在每一时刻都能量守恒。