爆破振动对岩巷混凝土喷层影响数值模拟研究

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在煤矿巷道掘进中,存在大量的混凝土喷层支护巷道的形式,由于巷道掘进时主要采用钻爆法施工,不可避免地出现爆破振动对混凝土喷层的影响。因此,研究爆破冲击强荷载作用下对混凝土及喷层的影响对于岩石工程及采矿工程来说具有非常重要的理论意义和工程实践作用。本文通过理论分析、数值模拟这两种方法对混凝土试件、巷道中的混凝土喷层及混凝土的抗爆性能进行了研究,论文的研究内容及成果主要包括以下几个方面:1.理论上分析了应力波在混凝土内以及岩石和混凝土界面上的传播规律,并对离炸药爆心不同距离,分成不同区域,并推导出各个区域内的公式计算。基于波兹纳粘弹塑性本构方程,并且考虑混凝土在动态荷载作用下的损伤演化服从Weibull分布,提出了混凝土在动态荷载作用下的弹粘塑性动力损伤模型。2.基于ANSYS/LS-DYNA3D数值模拟软件模拟了混凝土试件的霍普金森压杆实验,结果表明不同速度冲击、不同静态抗压强度的混凝土试件对混凝土动态性质都有一定的影响。3.进行了炸药在混凝土内部抗爆性能的数值模拟研究,模拟得到了炸药在混凝土内部爆炸时,内部裂纹的形成与发展。对混凝土块内部应力、速度、动能以及内能进行了分析,并对部分结果进行了验证。4.运用数值模拟分析了岩石巷道在爆破掘进时喷射的混凝土受不同龄期和混凝土不同静态抗压强度的影响,得到了应力波在混凝土喷层不同位置处的衰减规律,提出了预防混凝土喷层受爆破振动崩落的解决方法。
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