收藏本站
《重庆大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

射流割缝导向软弱围岩光面爆破机理及实验研究①

王晓川  
【摘要】:隧道工程及井巷工程掘进中,传统的矿山法爆破出来的隧/巷道轮廓存在平整度差、超欠挖严重以及对保留岩体扰动大、易产生塌方等问题,特别在软弱破碎岩体的开挖掘进过程中,这种问题表现的尤为突出,提高隧/巷道软弱围岩段爆破成型效果,降低爆破对保留岩体的损伤成为亟待解决的关键问题。 论文依托国家自然科学创新群体基金项目“高压水射流破岩理论及其在地下工程中的应用基础研究(NO.50621403)”及国家自然科学基金重点项目“高压水射流辅助提高隧道软岩光面爆破成缝率的机理(No.50704039)”,充分考虑软弱围岩工程特点,结合射流切割的特性,提出利用水射流在周边眼切割出导向缝、再进行低损伤光面爆破的新方法。论文采用理论分析、相似实验和数值计算等手段研究了射流割缝对隧道软弱岩体爆破过程中裂纹产生、扩展及岩石的断裂作用机理,设计出适用于隧/巷道软弱围岩周边眼切割导向缝试验设备,并进行了现场试验,得到以下主要结论: ①揭示了导向缝对隧道软弱岩体爆破过程中裂纹产生、扩展、断裂的作用机理。在软弱围岩中爆破时,岩石破坏主要是爆炸冲击波和爆炸气体共同作用的结果,而导向缝的存在则削弱了应力波在炮孔周壁其他方向上破岩的效果,同时爆炸气体的气楔作用在导向缝尖端附近产生高度应力集中,促使爆生裂纹沿导向缝方向扩展。 ②利用断裂力学及爆炸气体准静态理论建立了射流割缝作用下岩石爆破定向断裂分析模型,描述了射流缝中爆炸气体压力与裂隙表面的粗糙程度K、裂缝宽度、裂缝长度等因素的关系,确定了射流割缝孔爆破裂纹发生扩展的断裂条件,研究了割缝几何尺寸以及定向缝的表面的粗糙程度K对爆炸气体促使裂缝扩展的影响规律,得到了爆炸气体产生的动态应力强度因子最大时定向缝长度与宽度的比例关系,即当定向缝长宽比为4K时,爆炸气体在射流缝尖端产生的动态应力强度因子最大。 ③通过爆炸加载动焦散线测试系统对带有不同尺寸定向缝的有机玻璃板进行了爆破实验,得出射流割缝条件下爆生裂纹分布及扩展规律,即:普通炮孔爆破后,产生的裂纹数目较多且分布较均匀,但分布有一定的随机性,而割缝后的试件裂纹首先沿导向缝起裂扩展,且长度最长,次生裂纹较少,孔壁的损伤较弱;相对普通炮孔,割缝孔爆炸裂纹起裂较容易,爆炸荷载作用时间较长,爆炸能量沿导向缝方向集中程度高。 ④用ANSYS/LS-DYNA对射流割缝后炮孔的爆炸进行了模拟,模拟结果表明,在爆炸载荷作用下,割缝孔附近的应力场分布和普通圆孔的应力场分布不同,由于射流割缝的作用,沿割缝方向的应力加强,有利于裂纹沿射流缝方向起裂扩展,达到定向断裂的目的,裂纹沿射流缝方向的稳定性扩展有利于相邻炮孔的贯通。 ⑤通过在某公路穿煤隧道的现场试验,结果表明利用水射流割缝辅助隧道软弱围岩实施光面爆破,可以减少爆破对围岩的扰动及对保留岩体的损伤,有效提高光面爆破周边眼成缝率和爆破后隧道轮廓平整度。 本文的创新点: ①提出了利用水射流对周边眼预割缝导向软弱围岩光面爆破进行隧道低损伤掘进的新方法。 ②揭示了射流割缝对软弱岩体爆破过程中裂纹产生、扩展、岩石断裂的作用机理,建立了导向缝作用下岩石爆破定向断裂模型。 ③利用焦散线实验系统研究射流割缝条件下爆生裂纹分布及扩展规律,得到了爆炸气体产生的动态应力强度因子最大时射流割缝尺寸的比例关系。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TD235.374

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梁文学;松软膨胀岩巷的爆破与支护[J];北京工业职业技术学院学报;2005年01期
2 郭学彬;肖正学;;刻槽孔静态爆破的应变测量及爆破机理探讨[J];爆破;1987年02期
3 张天锡;吴立;;槽孔联合控制爆破法采石试验[J];爆破;1987年04期
4 郑泽岱;陈宝心;徐国顺;;刻槽爆破的机理分析及刻槽刀头参数设计[J];爆破;1991年04期
5 陈益蔚;王同福;;岩石爆破中的断裂控制[J];爆破;1992年04期
6 王修勇;爆破裂缝扩展速度的研究[J];爆破;1997年03期
7 吴立,张时忠;爆炸荷载作用下材料裂纹扩展速度的实验研究[J];爆破;1998年04期
8 周春锋;光面爆破在松软破碎岩体中的应用[J];爆破;1999年04期
9 苏海军,林浙宁,翟国锋;在软弱围岩中实施光面爆破的参数计算[J];爆破;2004年04期
10 李庚秋;标准药卷光面爆破在隧洞掘进中的应用[J];爆破;1999年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 杨立云;岩石类材料的动态断裂与围压下爆生裂纹的实验研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
2 郑周练;螺旋切槽孔松动爆破力学机理及试验研究[D];重庆大学;2003年
3 李清;爆炸致裂的岩石动态力学行为与断裂控制试验研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈国良;光面爆破技术在不稳固岩体掘进中的研究和应用[D];广西大学;2008年
2 曲忠伟;岩石爆破中炸药爆炸应力波分布的测试与研究[D];安徽理工大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭忠林,庙延钢,刘维华,刘韬,陈忠华,成会章;会理锌矿东部矿段采矿方法研究[J];四川有色金属;2001年01期
2 张吉园,张志勇,邢仲星;多模型Biot固结有限元分析[J];四川建筑科学研究;2000年01期
3 张凡,曹振,黄羽中;桩桥墩下土钉支护的土钉内力有限元分析[J];四川建筑科学研究;2003年03期
4 陈林之;李章政;;侧向荷载下剪力墙问题的解析解[J];四川建筑科学研究;2006年03期
5 刘永杰;王清远;曾祥国;石宵爽;陈超;;基于虚拟裂纹闭合技术的有限元方法及其在高温混凝土断裂参量计算中的应用[J];四川建筑科学研究;2008年02期
6 管品武;唐国斌;王利平;孟会英;禹雷;;正交异性板法分析现浇混凝土空心楼盖[J];四川建筑科学研究;2008年06期
7 王新征;邢利英;马可栓;;既有铁路下浅埋暗挖通道地表沉降的数值模拟[J];四川建筑科学研究;2010年04期
8 刘先锋;况龙川;孔凡林;杜清超;;爆破震动安全判据评述[J];四川建筑科学研究;2010年05期
9 卢士华;;软土地基上联合基础的流变效应研究[J];安徽职业技术学院学报;2009年02期
10 韩瀚;中国岩土工程面临的机遇和挑战[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 薛胜雄;浩军;毅斌;陈正文;永强;华清;于雷;;超高压水射流除锈机理试验研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 祝金德;;矿山井巷建设维护的方法对策[A];河南地球科学通报2010年卷(下册)[C];2010年
3 马建兴;王文才;马强;;露天采矿节能降耗中降低爆破成本的研究[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
4 孙水锋;;北洺河铁矿降低大块率的生产实践[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
5 唐杰超;;岩巷机械化快速掘进的探讨与实践[A];第七次煤炭科学技术大会文集(上册)[C];2011年
6 杨永印;裴建忠;刘天科;路飞;艾文斌;李新辉;孙伟良;;切入式旋转射流流场特点及破岩效果[A];中国职业安全健康协会2010年学术年会论文集[C];2010年
7 王树仁;戴俊;王辉;;周边控制爆破引起围岩损伤的研究[A];第七届全国工程爆破学术会议论文集[C];2001年
8 杨永琦;戴俊;张奇;;切缝药包岩石定向断裂爆破的参数研究[A];第七届全国工程爆破学术会议论文集[C];2001年
9 王光钦;;关于弹性力学课程体系和内容的几点思考[A];海峡两岸力学教学—教学经验与教学改革交流会论文集[C];2002年
10 付跃升;张庆明;黄风雷;;钢筋混凝土中爆生气体驱动飞石速度研究[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭庆勇;非保守系统Fourier卷积型拟变分原理研究及应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 周平;柔体动力学初值问题拟变分原理及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王兴如;基于超高压纯水射流的船壁除锈除漆关键技术与爬壁试验研究[D];大连海事大学;2010年
4 张华;冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D];昆明理工大学;2009年
5 姚锦宝;考虑土—结构动力相互作用的轨道交通引起的环境振动及隔振措施研究[D];北京交通大学;2010年
6 张彬;高压旋喷气液同轴喷嘴射流流场理论与试验研究[D];中国地质大学(北京);2011年
7 闫永敢;大同矿区冲击地压防治机理及技术研究[D];太原理工大学;2011年
8 韩书谟;1100kV GIS中SF6断路器关键技术研究[D];沈阳工业大学;2010年
9 郭小红;厦门翔安海底隧道风化槽衬砌结构稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
10 曲磊;多场耦合电磁弹性体的基本理论与计算方法研究[D];合肥工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吕国庆;前混合水射流喷丸强化数值模拟与试验研究[D];河南理工大学;2010年
2 陈云娟;类岩石材料蠕变本构试验研究及基于FLAC~(3D)实现[D];山东科技大学;2010年
3 张亚坤;偏置荷载下FRP筋砼双向板冲切性能研究[D];郑州大学;2010年
4 胡志超;箱型钢筋混凝土倒虹吸非线性有限元分析[D];郑州大学;2010年
5 张美政;复合结构柔性反底拱应用于软岩峒室稳定性控制研究[D];山东农业大学;2010年
6 孙龙勇;高压水射流深穿透水平射孔技术研究[D];大连理工大学;2010年
7 刘振虎;基于湿模态法的舷侧外伸结构砰击响应[D];大连理工大学;2010年
8 刘玚;面向机身颤振模型的结构拓扑优化方法研究[D];大连理工大学;2010年
9 张啸;高压水射流割缝的破煤机理及实验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 卢萍;热—流—固耦合条件下软岩巷道压力与变形的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 倪尔有;裂纹尖端的塑性区分析[J];鞍山钢铁学院学报;1994年02期
2 叶晓明,李成芳;三维切槽孔爆破方法[J];地下空间;1999年03期
3 王固态,刘振华,李云珍,代荣和;提高煤层瓦斯抽放率的高能气体致裂技术研究[J];火炸药学报;2000年04期
4 龚敏,于亚伦,齐金铎;预裂─缓冲爆破中柱状孔间应力波作用分析[J];北京科技大学学报;1998年01期
5 林大超,白春华,张奇,王仲琦;爆炸地震波的一种特征化描述方法(英文)[J];Journal of Beijing Institute of Technology(English Edition);2000年03期
6 杨仁树;姜琳琳;郭东明;岳中文;;Numerical Simulation of Orepass Choking-up Treatment Adopting Blasting Method[J];Journal of Beijing Institute of Technology;2009年02期
7 Agne Rustan;胡元玉;丁晓良;;模压药柱用于周边爆破和石块切割[J];爆破;1985年01期
8 王树仁;朱振海;魏有志;;空孔导向作用的动光弹研究[J];爆破;1985年02期
9 渡道明;戈鹤川;;静态破碎剂的应用[J];爆破;1985年04期
10 吴恒金;;光面爆破断裂原理的探讨[J];爆破;1987年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 杨仁树;岳中文;牛学超;董聚才;张军;;含弱面介质爆生裂纹扩展的动焦散试验研究[A];中国爆破新技术Ⅱ[C];2008年
2 何满潮;;软岩工程技术现状及展望[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 言志信;结构拆除及爆破震动效应研究[D];重庆大学;2002年
2 李清;爆炸致裂的岩石动态力学行为与断裂控制试验研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 汪巍巍;DDA方法及其在工程中的应用[D];河海大学;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓鑫;;推广光面爆破 限制井巷超挖[J];云南冶金;1985年01期
2 李斌;实施光面爆破的技术要点[J];西部探矿工程;1999年02期
3 李炳,李韶华,姚文慧,付玉刚;光面爆破与锚网喷支护在王庄矿的应用[J];煤炭科学技术;2002年10期
4 ;光面爆破的主要参数[J];探矿工程(岩土钻掘工程);1963年05期
5 ;光面爆破锚杆喷浆一次成巷[J];有色金属(采矿部分);1976年04期
6 盛金林;;光面爆破喷浆在竖井成井中的应用[J];云南冶金;1982年05期
7 王家来,程玉生;光面爆破最优炮孔密集系数的选择[J];煤矿爆破;1996年01期
8 A.M.滕斯托尔,N.焦尔杰维克,H.A.比利亚洛沃斯,胡力行,汪旭光;智利埃尔索尔达多矿光面爆破对岩体破坏的评估[J];国外金属矿山;1998年01期
9 张汇川,王恒林,袁永林,林锥;福宁高速公路秦屿隧道光面爆破施工实践[J];探矿工程(岩土钻掘工程);2002年S1期
10 张登龙,张安临;井巷掘进软岩光面爆破有关参数的合理选取[J];煤矿爆破;2002年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李学东;陈建平;朱首军;;光面爆破在孤山高速公路隧道中的应用[A];湖北省爆破学会第六届学术会议论文集[C];2001年
2 贾佩儒;;XD炸药在宝库河二级站隧洞光面爆破开挖中的应用[A];中国水利学会一九九九年优秀论文集[C];1999年
3 杜瑄;;某隧洞光面爆破试验总结[A];地下工程经验交流会论文选集[C];1982年
4 杨显洪;;光面爆破在景星白云石矿的应用[A];第八届全国采矿学术会议论文集[C];2009年
5 杨玉银;;隧峒开挖光面爆破新技术[A];第七届全国工程爆破学术会议论文集[C];2001年
6 张洪鹏;曹忠;刘有键;;全煤巷道光面爆破技术研究[A];全国矿山建设学术会议论文选集(下册)[C];2004年
7 姚振武;;光面爆破现场设计与施工[A];中国土木工程学会隧道及地下工程学会第七届年会暨北京西单地铁车站工程学术讨论会论文集(上)[C];1992年
8 刘远征;;焦晋高速公路孤山隧道光面爆破设计与应用方法探讨[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届青年学术年会论文集(下册)[C];2004年
9 杨宇飞;;白音诺尔铅锌矿二期工程多水平施工管理[A];全国矿山建设学术会议论文选集(下册)[C];2003年
10 聂卸青;;蛟洋隧道光面爆破施工技术[A];铁路长大隧道设计施工技术研讨会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 同煤集团轩煤公司 郄晓旭;加强现场管理 提高光面爆破效果[N];山西科技报;2004年
2 金林 黄习寅;程潮铁矿“提高巷道光面爆破一次合格率”获奖[N];中国冶金报;2007年
3 本报记者 陈树青;架子队,贵广客专显身手[N];中国铁道建筑报;2009年
4 谢鸿宏 樊仁林;哈巴雪山不会忘记[N];解放军报;2009年
5 通讯员 刘艳 王永芳;浦南公路施工高歌猛进[N];中国铁道建筑报;2006年
6 罗勇安 傅云 徐庭盛;苦干加巧干 鏖战“福建第一隧”[N];闽北日报;2010年
7 尹登明 杜安君 王利;龙腾贵广线 苗岭铸丰碑[N];中国铁道建筑报;2011年
8 本报记者 刘飞;东风起,吹皱一池春水[N];中国煤炭报;2010年
9 田桂琴;卓越背后的力量[N];中国水利报;2007年
10 通讯员 李义虎 刘征;二十二局集团四公司渝黔高速二期通过验收[N];中国铁道建筑报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓川;射流割缝导向软弱围岩光面爆破机理及实验研究①[D];重庆大学;2011年
2 姜文忠;低渗透煤层高压旋转水射流割缝增透技术及应用研究[D];中国矿业大学;2009年
3 李清;爆炸致裂的岩石动态力学行为与断裂控制试验研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
4 张佐刚;磨料射流近井地层处理技术的理论及参数的研究[D];辽宁工程技术大学;2006年
5 李智军;三维复杂力学条件下核电关键构件环境致裂预测方法研究[D];西安科技大学;2012年
6 唐伟;微观尺度下核电结构材料应力腐蚀裂纹断裂参量分析[D];西安科技大学;2012年
7 丁黄平;节理裂隙岩体隧道爆破成型效果研究[D];吉林大学;2009年
8 包陈;材料力学测试技术中的理论方法与实验应用[D];西南交通大学;2011年
9 吴海进;高瓦斯低透气性煤层卸压增透理论与技术研究[D];中国矿业大学;2009年
10 满轲;岩石动态断裂韧性测试方法研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张惠聚;考虑损伤的光面爆破成缝分析及爆破参数的数值分析研究[D];武汉理工大学;2005年
2 黄小波;高压水射流煤层割缝技术关键参数优化[D];重庆大学;2012年
3 赵志坚;高压水射流割缝快速消突技术研究[D];河南理工大学;2011年
4 于洪;高压水射流割缝辅助瓦斯抽放技术研究[D];河南理工大学;2009年
5 温泉;考虑裂纹闭合效应的CO_2管道疲劳寿命研究[D];大连理工大学;2012年
6 姜勇;低渗透煤层高压水射流割缝增透机理实验研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
7 陆鹏举;软岩巷道光面爆破技术研究与应用[D];安徽理工大学;2006年
8 赵胤;长大隧道钻爆法施工参数优化研究[D];北京交通大学;2010年
9 张金仁;天井掘进中的光面爆破技术研究[D];西安建筑科技大学;2008年
10 陈国良;光面爆破技术在不稳固岩体掘进中的研究和应用[D];广西大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026