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条形药包硐室爆破地震效应的数值模拟研究

彭夔  
【摘要】: 国内外许多学者曾对条形药包硐室爆破进行了大量的研究工作,这些工作都是以监测方式进行的。对不同情况下的条形药包硐室爆破岩土体内部的应力及震动衰减情况还缺乏系统的研究,但由于测试手段和模型研究等方面的局限性,完全通过现场测试对条形药包硐室爆破而言是不可能也不必要的,从而使得条形药包硐室爆破理论研究未有实质性的突破,地震效应未得到很好的认识,限制了条形药包硐室爆破技术的推广运用。 论文根据条形药包爆破应力波分布特征及衰减规律,对于条形药包爆破柱部应力波当作柱面波、端部应力波当作球面波处理进行了阐述。在此基础上,利用DYNA-3D软件对已有工程实例进行数值模拟,通过对数据的回归得到单硐室条形药包爆破在药包径向和轴向上的振速衰减方程,并与工程实测结果对比,验证了数值模拟的合理性。然后利用DYNA-2D对台阶型斜坡进行条形药包单硐室爆破地震效应数值模拟,取得了如下成果: (1)根据实工程实例的岩体的物理力学特性和施工爆破参数,应用LS-DYNA模拟了炸药在岩体中的爆炸过程,得到了岩体爆破荷载曲线。并与现场实测结果进行了对比,分析结果表明,数值模拟将被爆岩体视为均一介质与实际存在一定的差异,径向上的最大误差为19%,轴向最大误差为21.6%,但是总体结果还是比较接近。验证了数值模拟的合理性与实用性。 (2)在高爆速(V=5500m/s)情况下,运用DYNA-3D程序对单硐室条形药包中心起爆的爆炸场进行仿真研究,得到了同一药包相应的应力场及位移场衰减规律。条形药包爆炸场在药包中部作用最强,由中部向端部逐渐减弱,至装药轴线方向最弱。条形药包作用场衰减规律由柱部向端部逐渐加快,并且还存在着端部效应。 (3)斜坡角度和岩体性质不变,运用DYNA-2D程序对药包埋深、药量和抵抗线变化时的地震效应进行二维数值模拟仿真研究。得出爆破振动在从山坡高处向低处传播的过程中,由于坡脚拐点对地震波传播路径的影响,使得该侧振动弱化,而在另一侧,地震波传播过程中振幅有明显的放大效应,最大值达到3.23倍。 (4)药包埋深和抵抗线等条件不变,随着药量的增加,沿水平方向、与药包距离相同的上下地面点振速与装药量成同样变化关系。


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