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《武汉理工大学》 2011年
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水耦合石材切割爆破数值模拟

王仕文  
【摘要】:切割爆破是指通过合理选择爆破参数、不耦合装药结构使岩石沿着预定方向形成切割缝的控制爆破方法,具有切割面平整、切割面两侧无损伤或岩石损伤很小等优点。切割爆破是在预裂(光面)爆破的基础上发展起来的爆破技术,在石材开采中得到较广泛的应用,是一种非常有推广价值的爆破技术。本论文选用先进的动态数值模拟计算机软件对水耦合切割爆破的成缝机理进一步认识,重点研究孔距和不耦合系数的变化对爆破效果的影响,在理论价值和实际工程意义上都有重要意义。 本论文以山东五莲花岗岩石材开采中的切割爆破为研究对象,分析了切割爆破成缝机理及爆破参数变化对切割爆破质量的影响,根据工程实际建立起了各向同性的弹性材料的准平面应变模型,以显式动力分析有限元程序作为模拟计算的工具,详细计算并分析了在动载荷作用下在两孔中间及周边岩体上的动态应力分布及其变化规律,同时运用断裂理论力学对切割爆破成缝的机理进行分析,探讨了爆破参数变化对爆破效果的影响。主要的研究成果及结论包括: 对空气和水不耦合爆破时孔壁的初始应力和准静态应力场进行计算分析,相同装药条件下与空气装药不耦合爆破相比较,水介质不耦合爆破时作用于孔壁的初始应力和产生的准静态应力场都远大于空气不耦合,同时作用时间更长。 通过断裂力学理论计算得出所采用花岗岩介质炮孔内所选各单元动态起裂的临界压力、裂纹扩展的临界驱动压力及裂纹止裂的临界止裂压力,并与计算机软件模拟计算得出的各单元处压力进行对比分析,得出水耦切割爆破过程中裂纹尖端起裂、扩展和止裂条件。 切割爆破相邻炮孔同时起爆时两孔之间区域产生应力的叠加,炮孔连心线中点处的应力值明显大于单一炮孔爆破时在同一位置的应力。 在石材切割控制爆破中,不耦合系数或孔距过小时将会出现炮孔壁上非预定方向的裂纹扩展,不耦合系数或孔距过大时往往会导致两炮孔间无法贯通形成切割面。因此合理选择不耦合系数、炮孔间距可以使爆炸能量更多更集中的作用于裂纹扩展,在保证炮孔间切割缝形成的同时减小了爆破对岩体的损伤破坏。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TD235.3

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