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爆炸作用下裂隙岩体裂纹扩展模拟试验研究

杨鑫  
【摘要】:爆炸动载荷作用下裂隙岩体裂纹扩展规律一直是岩石动力学研究领域的热点问题。由于裂隙岩体具有各向异性、非连续性等显著特点,导致爆炸应力波传播过程极其复杂,造成炮孔近区应力波能量分布不均,影响裂纹起裂、扩展、延伸与止裂,从而造成岩石破碎不均匀,易出现大块、根底与超欠挖等不良爆破效果。因此为更好认识岩石动态断裂力学行为,掌握裂隙岩体破碎机理,开展关于爆炸裂纹扩展规律研究具有重要实践意义与参考价值。本文在国内外学者研究成果基础上,采用理论分析与物理试验相结合方式,进一步探讨与研究了裂隙岩体在爆炸作用下裂纹扩展规律。物理试验以炮孔到预制裂隙距离、角度以及裂隙充填物为变量,选用动态荷载与岩石断裂性质基本一致的有机玻璃,采用激光加工模型、预制裂隙与炮孔;爆炸前充填物完全充实预制裂隙,同时在炮孔中固定好雷管,保证其主装药区同一位置对准模型,然后覆盖薄木板于模型,最后起爆雷管以获取爆炸裂纹。首先,分别分析空气、水与粘土充填模型在不同的爆源与预制裂隙距离、角度下炮孔周围裂纹扩展特征,获得了裂纹扩展一般规律;同时认为翼裂纹以拉剪方式扩展,左端翼裂纹扩展路径具有相似性,且其长度随距离增加而下降。其次,深入分析与研究了三种充填物对爆炸裂纹扩展的影响,并着重探讨了距离、角度以及充填物对裂纹扩展的影响,得出充填物对爆炸裂纹扩展具有敏感性,同时认为三种变量对爆炸裂纹扩展具有相互制约作用。最后,根据物理试验结果分析与研究,将试验结论应用于裂隙面与炮孔连心线不同夹角对爆破效果影响的简析,并提出了改善裂隙岩体爆破效果的措施。


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