层状节理岩体爆破破岩机理及参数优化研究

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自然界中绝大多数岩体都含有大量自然形成的节理、层理等结构面,这些节理构造的存在对爆炸应力波的传播与衰减以及爆生裂纹的延伸有很大的影响,从而难以形成较好的光面爆破轮廓面,影响爆破成形效果。因此研究层状节理岩体爆破破岩机理,对改善节理岩体爆破效果具有理论指导作用及实际意义。本文在国内外学者研究成果基础上,采用理论分析与数值模拟相结合方式,进一步探讨与研究了层状节理岩体爆炸应力波传播规律及爆破效果的影响。根据隧道爆破工程现场试验,优化爆破设计参数,并有效地减少了超欠挖,有比较好的市场前景和社会效益。本文的主要研究内容和结论如下:(1)采用LS-DYNA软件对比分析了层状节理岩体与完整岩体的爆破破碎过程。结果表明:节理的存在对应力波有一定的反射和吸收作用,使应力波急剧衰减,抑制了垂直于节理方向上裂纹的发展,使垂直结构面方向上裂纹的较水平方向数量减少,为层状岩光面爆破参数设计奠定基础。(2)从节理离炮孔距离的远近、节理宽度以及节理强度三个方面研究爆炸应力波通过不同节理强度情况下传播时的衰减规律。选取三组不同强度的节理——节理Ⅰ、节理Ⅱ和节理Ⅲ,在每一组节理强度里面又选取了三种不同宽度的节理——5 cm、10 cm和15 cm进行组合,一共九组模型来进行数值模拟研究。(3)分析了相邻炮孔与节理夹层的夹角对光爆面形成的影响。建立不存在节理,夹角β分别为0°、30°、45°、65°、90°的6种工况研究层理结构面与炮孔连心线夹角对爆破效果的影响。结果表明:在0°~45°之间时,断裂面的凹凸度随夹角增大而增大,夹角在45°时,断裂面的凹凸度达到最大,且炮孔之间没有形成光爆面,在45°~90°之间时,断裂面凹凸度与节理夹角成反比。(4)针对工程中出现的问题以及原因分析,研究了“空孔”对节理岩体爆破效果的影响,通过对比可知,在相邻炮孔间节理处设置“空孔”时,能更好的使两炮孔产生的裂缝相遇,形成贯通裂缝;并结合隧道爆破工程现场试验,针对层状岩隧道不同部位爆破成形差异,提出了层状岩隧道爆破参数优化设计方法。
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