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《安徽理工大学》 2006年
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爆破动载作用下邻近硐室围岩稳定性的研究

贾虎  
【摘要】:爆破动载作用下邻近硐室围岩的稳定性问题涉及到爆炸力学、岩体力学、损伤力学等多门学科的交叉。本文在爆破地震波传播特性理论分析的基础上,根据爆破中远区弱应力场作用下的应力分布和裂纹扩展情况,提出了爆破动载松动圈理论,对新集矿硐室开挖爆破进行了爆破振动监测,并运用ANSYS/LS-DYAN对该工程进行了隐式—显式有限元分析,计算模拟了巷道自重应力场和爆破动载作用下的地震波产生过程。 对爆破地震波的传播机理和爆破地震波特性进行了理论分析。 分析了爆破弱应力波作用下中远区裂纹的端部应力场。讨论了远场压应力在裂纹周边附近产生的局部拉应力场的应力情况。根据弹性力学、岩体力学和损伤力学的理论,以及爆破中远区爆破应力波破岩机理,推导了邻近单孔爆破作用下围岩动载松动圈的计算公式,为下一步多孔同时起爆作用下动载松动圈扩展计算打下基础。 提出在传统的“三锚”支护形式中计入爆破动载的影响,从而达到维持围岩松动圈的稳定性,防止巷道在使用过程中因围岩失稳而破坏。为巷道支护设计提供了新思路。 通过爆破振动测试分析发现巷道爆破产生的振动信号成分复杂,振动主频较地面爆破振动高,有多个主频,第一主频在70-80HZ左右;对爆破振动测试结果进行分析,得出爆破垂直振动速度回归公式,并采用数理统计的方法,得出了爆破绝对安全最大装药公式,并对其进行了验证。 利用ANSYS/LS-DYNA软件对爆破动载作用下邻近硐室围岩的稳定性进行了数值模拟。首先利用ANSYS的隐式分析功能对巷道围岩在自重作用下的应力和位移变形进行模拟,分析了巷道产生底臌的原因。然后将静力分析的节点的位移结果加到动力分析上,当作初始条件,转到LS-DYNA中进行显式分析,模拟爆破应力波作用下邻近硐室围岩的稳定情况,以使我们能够清楚了解岩石内部的爆炸破坏、应力传播和爆破对邻近硐室围岩稳定性的影响。通过数值模拟结果与实测数据的对比,发现模拟的爆破地震波波形与实测的波形基本相似。质点峰值衰减规律基本一致,峰值有效应力的衰减规律基本遵循负幂指数规律衰减。
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