浅埋连拱隧道爆破的数值模拟.pdf

第2 9 卷第4 期 2 0 1 2 年1 2 月 爆破 B L A S T 矾G V 0 1 ．2 9N o ．4 D e c ．2 0 1 2 d o i l O ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 1 7 浅埋连拱隧道爆破的数值模拟木 任辉龙1 ，段群苗2 ，蔡永昌1 1 ，同济大学土木工程地下建筑与工程系，上海2 0 0 0 9 2 ；2 ．宁波交通工程建设集团有限公司，宁波3 1 5 0 0 0 摘要运用A N S Y S ／L s D Y N A 软件，建立三维隧道整体模型，考虑自重应力，选取不同的围岩级别、不同的 炸药当量等6 种工况。分别计算后行洞掌子面爆破的浅埋连拱隧道速度场分布和应力场分布，得出最大震速 和最大主应力峰值沿横向和纵向分布规律，分析爆破对先行洞隧道仰拱和中隔墙的影响，得出囤岩级别和炸 药当量与震速峰值和最大主应力峰值之间的基本关系，对确定先行洞二衬施做时机、浅理连拱隧道工程实践 具有一定的参考价值。 关键词浅埋连拱隧道；数值模拟；爆炸；【s D Y N A 中图分类号 0 6 2 5 文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 2 } 0 4 一0 0 7 0 一0 6 N 唧e r i c a l 鼬姗l 娟衄伽b 叫o s i o I lo fS l l a Ⅱ0 wB 血e dM I l l 廿- 删l ，I 删 船Ⅳ舰￡．2 D 增1 ，D 泓ⅣQ “凡一m i ∞2 ，以n ，o 增．以口增1 1 ．D e p a J t m e n to fG e o t e c h n i c a lE n 西n e e 血g ，T o n 西iU n i v e r s i t y ，S h a n 出a i2 0 0 0 9 2 ，C h i n a ； 2 ．N i n g b oC o m m u n i c a t i o nE n g i n e 谢n gC o n s t m c t i o nG m u pC oL t d ，N i n g b o3 1 5 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t n e3 ．d i m e n s i o n a lt u n n e lm o d e li n ￡o n s i d e r a t i o n s e l f ．g 陌v i t ye 能c tw 髂c o n s t m c t e d ’v i t hA N S Y s ／ L S D Y N A8 d h a r e ．D i 珏b r e n tw o r k i n gc o n d i t i o n s0 fr o c kc l a s s i f i c a t i o na n de x p l o s i v ec h a r g ew e r es i m u l a t e d ．T h ed i s t r i - b u t i o nl a wo fp e a l 【v e l o c 时a J l dt h em a 】【i m u mp r i n c i p a ls 仃e s sa l o n gt l l et r 蚰s v e r s ea n dl o n 舀t u d i n a ld i r e c 曲nw 髂g e n - e r a l i z e db a s e do nt h ev e l o c i t yf i e l da n ds t r e s sf i e l dr e s p e c t i v e l y ．7 I h ee 归f e c t0 fe x p l o s i v eo nt h e { i r 8 tt u n n e li n v e r ta l l d m i d d l ew a l lw a sd i s c u s s e d ．T h er d a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep e a kv i b r a t i o nv e l o c i t ya n dm a xp r i n c i p l es 协鸭sa n dr o c k c l a s s i 矗c a t i o na n de x p l o s i v ec h 缸g ew a sc o n c l u d e d ，w h i c hw i Ub eb e n e f i c i a lf 曲山ec o n s t r u c t i o np m c e d u r eo ft u n n e l s e c o n d a r yl i n i n g ． K e yw o r l l s s h a l l o wb 面e dm u l t i a r c ht u n n e l ；n u m e l i c a ls i m u l a t i o n ；e x p l o s i o n ；L S D Y N A 在隧道施工中，钻爆法是目前广泛采用的施工 方法，它经济，施工机具简单，工艺方便可靠，炸药来 源广且价格便宜。然而，采用钻爆法施工也存在诸 多不利因素，最主要的是爆破会引起介质内部及其 地表产生强烈的地震效应，对其周围的结构物产生 不良影响u 0 ，。由于连拱隧道的特殊形式，开挖断 收稿日期2 0 1 2 一0 6 一0 4 作者简介任辉龙 1 9 8 9 一 ，男，硕士研究生，从事岩土工程稳定性 分析研究， E ．m a i l h u i l o n g r e n 2 0 1 2 g I n a i l _ c o m 。 通讯作者蔡永昌 1 9 7 2 一 ，男，四川人，教授、博士、博导，从事岩土 数值计算理论研究， E m a i l y c c a i t o n 蓟．e d u ．c n 。 基金项目中央高校基本科研业务费专项资金资助 0 2 3 0 2 1 9 1 3 1 ； 西部交通建设科技项目 2 0 1 1 z B 0 4 面大，埋深浅，地质情况复杂，爆破所产生的震动对 围岩、隧道本身的安全有着较大的影响。已有的研 究仅限于简化的平面模型 3 制，没有考虑浅埋连拱隧 道的三维效应，而相比于平面模型，三维模型更能反 应隧道的实际受力。因此，建立浅埋连拱隧道的三 维模型，研究爆破开挖所产生的震动和动应力对围 岩以及隧道本身的影响有着重要的意义。借助宁波 地带照山岗隧道，针对破碎围岩的特殊地质条件，进 行大跨度破碎围岩地带连拱隧道爆破施工的研究， 选取照山岗隧道，分析爆破开挖对隧道震速场和应 力场的分布规律。照山岗隧道左洞内 后行洞 掌 子面围岩I I I 级，最大埋深2 3 ．7 8m 。 万方数据 第2 9 卷第4 期任辉龙，段群苗，蔡永昌浅埋连拱隧道爆破的数值模拟 7 1 参数选取和数值模型建立 1 ．1 单元类型和材料 采用“s g c m 单位制，利用A N S Y s ／L s D Y N A 软 件，采用s O u D l 6 4 单元形式，建立隧道三维模 型旧’。不考虑开挖处空气，模型由炸药、钢筋混凝 土和岩石3 部分组成，炸药为L S D Y N A 自带的高性 能炸药材料，用关键字M A T H I G H E x P L O S I V E B U R N ，J W L 定义。岩石和混凝土选用M A T P L A S T I C ．K l N E M A ，n C 。 1 ．2 参数选取 经验表明，岩石对动荷载与对静荷载的反应是 完全不同的，岩石抵抗动荷载的动强度约是静强度 的5 一1 0 倍。在冲击荷载下，软岩的动抗压强度和 动弹性模量是静载时的相应值的1 0 倒8 | 。据此，一 般计算假定在爆炸荷载下，围岩的弹性模量提高到 原来的5 倍，衬砌的强度和弹性模量分别提高5 0 ％ 和2 5 ％。由公路隧道设计规范和上述假定一J ，选 取如表1 ，表2 的材料爆破计算参数。 表l 炸药参数 T a b l elE x p l 惦i w 呻朋m e t e 璐 表2 围岩材料参数和混凝土参数 T a b l e2R ∞ka n d ∞I l c n t ep 毗t m e t e 礴 由文献[ 6 ] 可知，炸药的状态方程如下 P A - 一南 e 吨7 8 一南 e 吨” 等 式中A 、曰、∞、R ．、尺、y 为炸药状态方程参数；‰为 炸药的初始内能，分别对应表l 。 1 ．3 模型几何尺寸 根据照山岗隧道的设计断面参数和地质勘查报 告，选取一段8 0m 的隧道进行爆破动力分析。为了 基本消除横向边界的影响，连拱隧道截面的实际尺 寸长为3 2 ．2m ，宽为1 0 ．3m ，因此本模型选取的计 算尺寸为1 4 0m 菇方向 8 0m z 方向 7 2m y 方向 ，隧道拱顶最大埋深为2 3 ．7 8m 。假设中导洞 隔墙已施工完成，不考虑衬砌对围岩的影响。模型 中左右洞前后掌子面相距2 0m ，右洞超前。 1 ．4 网格划分 炸药、岩石和混凝土中墙共用节点。采用共用 节点的方法建模要求在炸药区的单元网格非常密， 以便能很好的模拟炸药单元。固体在冲击荷载作用 下的行为与流体的运动方式类似，四面体单元过于 刚硬，而六面体单元精度高、质量好，因此本模型全 部采用八节点六面体 s o l i d l 6 4 等参实体单元，以此 来分析连拱隧道爆破振动对隧道中隔墙与围岩的影 响。炸药区六面体网格边长约2 0 伽，依次过渡边 长为6 0c m ，1 0 0c m ，2 0 0c m ，4 0 0c m 。所有六面体单 元的长宽比均不超过4 ，严格控制单元质量，模型单 元总数1 9 3 2 5 6 ，节点总数2 0 2 8 1 7 。三维网格模型见 图l 。为方便分析，约定￡1 0 表示距离左洞洞口 1 0m 的截面，R 1 0 表示右洞距离洞口1 0m 的截面， 见图2 。 图l 三维整体网格模型 F i g ．1 T h 瞅d i m e I l s i o n a lm o d e l 1 ．5 边界条件 边界面上采用无反射边界条件，除隧道顶面无 万方数据 7 2爆破 2 0 1 2 年1 2 月 约束外，其余各面约束法向方向移动。 o n o 。 ’一一 嗝 R 4 0 ● f 炸塾 稿 o R 3 0 一 o 三2 0R 2 0_ o 三1 0 R l O_ _ ● o 左洞右洞H 图2 截面位置 单位m F i g ．2S e c t i o n s ’l o c a t i o n u n i t m 1 ．6 计算方法 炸药爆炸过程采用L a g r a n g e 算法。时间积分采 用显式中心差分法，控制计算中沙漏能量。实际上， 爆破施工时，岩石和混凝土的自重会使围岩或混凝 土产生初始应力，自重对岩石和混凝土的震动和位 移有一定的约束作用。初始应力影响拱顶单元应力 分布，并且初始应力的分布会对爆破震动和爆破动 应力产生影响。因此模型计算过程，先由隐式计算 隧道的自重应力场，然后加载自重应力场，由显式计 算爆破作用下隧道各点震速和单元应力。考虑到后 行洞爆破对先行洞的影响远大于先行洞爆破对后行 洞的影响，因此只分析后行洞掌子面爆破对先行洞 的影响。炸药分别安放在左洞 后行洞 上台阶洞 掌子面中间，集中耦合装药，炸药埋深2 ．5m 。模型 物理计算时间为2 0 0m s ，计算步长为1 7 0 斗s 。 2 数值模拟结果分析 运用建立的模型，计算6 种工况I I I4 8 ．3 0k ，I I I 7 2 ．4 5k g ，ⅡI9 6 ．6 0k g ，ⅡI1 9 3 ．2 0k g ，Ⅳ1 9 3 ．2 0k g ， V1 9 3 ．2 0 蚝。其中“I I l 4 8 ．3 0 蚝”表示在I I I 级围岩 条件下，左洞掌子面在4 8 ．3k g 炸药当量爆破的工 况，其他情况以此类推。 衡量爆破振动强度的物理量是位移、速度和加 速度旧J ，但是在振动过程中到底这些物理量达到多 大程度时才算是破坏，这就要分别确定它们的临界 值，以便判别一个爆破振动强度的大小。国内外目 前对于引起破坏的各种临界值的看法不一，本文采 用单元震速峰值作为分析对象。 2 ．1 数值模拟与实测对比 为了验证数值模型的准确性，选取第2 次爆破实 测结果，第2 次爆破左线上台阶掌子面里程z Ⅺ5 6 3 0 ，洞内掌子面岩性微风化晶屑熔结凝灰岩，岩体 较完整，局部较破碎，Ⅲ级；右线上台阶掌子面里程 Ⅸ1 5 6 5 5 。实际条件与数值模拟工况I I I4 8 ．3k g 接 近。选取与爆破监测同位置处节点，即右洞左洞掌 子面爆破后方2 5m 处节点J 7 ＼7 9 8 3 4 3 。Ⅳ9 8 3 4 3 的震 速时程见图3 、图5 ，相同位置实测结果见图4 、图6 。 2 0 ．产1 5 7 昌1 0 3 ≥ 5 OO ．0 50 ．1 0O ．1 50 ．2 0 杉毫 图3 典型节点合速度时程 F 远．3 R e s u l t a I l tv e l o c i t yo ft y p i c a ln o d e 1 7 ．2 9 8 。啦 2 ．5 8 0 鲁 7 ．8 6 2 8 喜3 ．1 4 5 l ▲ 一1 ．5 7 2 0 O ．0 5 1 2O ．2 0 5 00 ．4 6 1 6O ．7 1 8 0 t | g 图4 实测合矢量波形 F i g ．4 M e a s u r e dr e s u h a n tv e l o c i t yw a v e f o 册 菱◆ 圈6 实测沿y 方向震速波形 F i g ．6 M e a s u r e dy - V e l o c 毋w a v e f o I m 对于4 8 ．3k g 炸药当量掌子面爆破，由图3 、 图4 、图5 、图6 可知，特征节点最大震速为 1 5 ．9 5 1c n ∥s ，实测为1 5 ．7 2 6c l n ／s ，y 方向绝对值最 万方数据 第2 9 卷第4 期任辉龙，段群苗，蔡永昌浅埋连拱隧道爆破的数值模拟 7 3 大震速为1 4 ．2 7 2c I n ／s ，实测1 4 ．9 4 2c Ⅱ∥s ，最大震速 和波形图形状也基本一致。充分说明掌子面爆破的 数值模拟比较符合实际。 2 ．2 截面乜O 、R 2 0 、j b 0 、J 1 0 ∞最大震速分析 为了分析不同截面上最大震速规律，选取截面 心0 、舵O 、J R 3 0 、斛0 。乜O 、彪0 、R 3 0 、斛0 截面上各节 点的相对位置见图7 ，图中1 9 号节点位于右洞截 面，1 0 ～1 8 号节点位于左洞截面。图7 为截面上 l 一1 8 号节点位置分布，图8 是截面乜0 、舵0 的节点 的最大震速，图9 是截面R 3 0 的节点最大震速。 e ； 3 1 8 图7 截面上1 ～1 8 号节点位置分布 1 9 3 ．2 k S 4 8 ．3 k g 7 2 ．4 8 k g 9 6 ．6k g 1 9 3 ．2k 瘩 1 9 3 ．2 k g 图8 不同工况下磁0 、趁0 截面各点最大震速 F i g ．8M a 】【v e l o c 畸o fn o d e s 衄s e c t i 帆s 脚、上2 0 3 0 0 2 5 0 叻2 0 0 吕1 5 0 、1 0 0 5 0 0 一1 1 9 3 ．2 k s ■4 8 ．3 k ～ 一■7 2 ．4 8 h 1 9 6 ．6 k - 鼍一Ⅳ1 9 3 ．2 k g V 1 9 3 ．2 k g 123456789 节点号 图9 粥0 截面各节点最大震速 F i g ．9M a 】【v e l o c i t yo fn o d e so ns e c t i o n 船0 由图8 可知，脚、改0 截面上节点，炸药当量越 大，同位置节点震速越大，对中隔墙中部节点影响明 显。对于任一工况，左洞的震速大于右洞的震速。 越靠近爆源，节点震速越大。对于左洞最大震速为 靠近拱顶的节点1 3 、1 4 、1 5 ，对于右洞最大震速节点 为离爆源最近的中隔墙上节点7 、8 、9 ，3 点之中中隔 墙中部8 号节点震速最大。在相同炸药当量的情况 下，围岩级别越高，比0 截面上最大震速越大，而 砣O 截面上的震速有所降低。 由图9 可知，I I I 级围岩时，炸药当量由4 8 ．3k g 增加到9 6 ．6k g ，各点最大震速稍有增加，当炸药当 量增加到1 9 3 ．6 蝇时，位于中隔墙上7 、8 、9 节点最 大震速增加很多，因此为了降低爆破对中隔墙的影 响，必须严格控制炸药用量。图9 中对比I I I 、I V 、V 级围岩在1 9 3 ．6 蚝当量炸药情况下，可知，围岩条 件越差，中隔墙上最大节点震速越大，对中隔墙的破 坏损伤越大。因此，对于差的围岩，必须严格控制炸 药的使用量。 由图1 0 可知，在截面糊处，最大震速节点为 节点7 ，即混凝土和岩土交接面位置。在该位置岩 土和混凝土的阻抗不一致，形成一个交界面，冲击波 在该位置交叉、叠加、折射、反射明显，对震速有放大 作用，因此该位置处为最容易破坏的地方，实际爆破 时应特别注意。爆破震动对右洞靠近爆源的拱顶位 置节点4 ，5 ，6 影响较大，而远离爆源的1 、2 、3 节点 震速较小。由图1 0 的I I I1 9 3 ．6k g ，I V l 9 3 ．6k g ， V 1 9 3 ．6 蝇曲线可知，脚截面上震速规律受围岩 级别影响较小。 2 ．3I I I 级围岩最大主应力和震速分析 图1 l 中l ～9 号节点分布见图7 。由图1 1 可 知，在I I I4 8 ．3k g 工况，掌子面爆破对舵0 、m 0 截 面影响较小，对靠近爆源的船0 ，斛0 截面影响较 大，对于7 号节点，越靠近爆源，震速明显增大。 2 0 0 1 8 0 1 6 0 f 、1 4 0 ∞1 2 0 量1 2 0 0 1234567 89 节点号 图1 0 斛0 截面节点最大震速 F i g ．1 0M a 【v e l o c i t yo f n o d e so ns e c t i 明j 湘 沿纵向在中隔墙上选取1 、2 、3 位置处的节点， 在拱顶上选取A 、B 、c 位置处的单元，见图1 2 。不同 截面上1 、2 、3 位置处的最大震速见图1 3 ，不同截面 上A 、B 、C 位置上单元的最大主应力见图1 4 。 图1 3 中1 、2 、3 节点位置对应于图1 2 ，由图1 3 可知，随着距离的减少，最大震速逐渐增加，在爆源 临侧中隔墙最大震速快速增加，在离爆源之前1 2m 处，达到峰值。这是由于开挖效应，开挖处中隔墙承 受围岩荷载，受围岩的约束较大，而未开挖处中隔墙 承受的围岩荷载较小，围岩对中隔墙的约束较弱，因 此爆破引起的震动较大，之后又随着离爆源距离的 略●“●略“ 麓淼麓二；“耵D叭Ⅵ } } } 万方数据 7 4爆破 2 0 1 2 年1 2 月 增大，最大震速逐渐降低。由图1 3 还可知，右洞距 离爆源之后8m 处最大震速较小，因此对于先行洞 的二衬施工最少要在爆源之后8m ，这样对二衬的 影响较少。 8 0 7 0 { ．、6 0 ．5 0 昌4 0 ≮3 0 ，2 0 1 0 0 一R l O R 2 0 一一R 3 0 一足4 0 图1 1 I I I4 8 ．3k g 工况不同截面节点震速 F i g ．1 l M a xv e l o c 时o fn o d e so nd i f f e r e n t s e c t i o 璐i n ⅡI4 8 ．3k g 图1 2 纵向单元节点相对位置 F i g ．1 2 D i s t r i b u t i o n so fn o d e sa 1 1 de l e m e n t sl o n g i t u d i n 8 1 1 y 1 0 0 9 0 - 、8 0 ’∞7 0 6 0 目5 0 气；3 斗2 0 1 0 O 一1 3 8 3 124 ’791 21 4l ’72 2 离爆距离，m 注原点位于R 3 0 截面，沿R 4 0 方向为正 图1 3 距离爆源不同距离处节点最大震速 F i g ．1 3M a 】【v e l o c i 哆o fn o d e 试t hd i 能r e n t d i s t a n c ef 而me x p l o s i v e ．图1 4A 、召、c 单元位置见图1 2 ，由图1 4 可知， 越靠近爆源，最大主应力越大，A 、曰均在Om 时达到 最大，分别为1 ．7 5M P a 和2 ．0 3M P a ，c 在一8m 处， 达到最大值，为2 ．5 6M P a 。在该工况下，从最大主 应力规律来看，先行洞二衬施工最少要在后行洞掌 子面之后1 4m 。 选取截面上1 1 个单元，1 一1 1 号单元位置见图 1 5 ，对比分析最大主应力的分布规律。 l 一1 1 号单元相对位置见图1 5 ，由图1 6 中脚一 4 8 ．3k g ，粥0 j 8 ．3k g ，R 4 0 』．3k g 曲线可知，越靠近 爆源，靠近中隔墙一侧的7 、8 、9 、1 0 号单元的最大主 应力越大。相同截面，炸药当量越大，各个截面的最 大震速越大。并且脚截面上单元最大主应力受炸 药当量的影响较大。从最大主应力来看，先行洞二衬 的施工作业至少要在后行洞掌子面之后l om 。 3 ． 曼2 ． 衰2 恻1 ． 瓠 ⋯彳 一丑 一C 离爆距离，m 注原点位于R 3 0 截面，沿R 4 0 方向为正 图1 4 不同距离处单元最大主应力 F i g ． 1 4M a xp r i n c i p l es h _ e s so fd i 秆b I 它n ts e c t i o n s 图1 5 截面上单元分布 F i g ．1 5 D i s t r i b u t i o no fe l e m e n t so ns e c t i o n s 叠 曩i 撂； 摇l ～R 2 q J 83 k 一．_ 船O ．4 83 h 一目∞』8 0 一脚J ”“‘ 一 ，p - 7 2 4 h 一Ⅲn J 2 ●h m O * ．6 k ⋯。 3 0 ．％．6 k 一“Ⅻ6 k 注‘胞0 j 8 ．3k g ’表示在相应的围岩级别条件下，左 洞掌子面在4 8 ．3k g 炸药当量条件下，砣0 截面处单 元，其他情况以此类推。 图1 6 不同截面处单元最大主应力 F i g ．1 6 T h em a X 曲n c i p l es 呐s so f 1 i 珏e r e I 吐s e c t i o n e 3 结论 通过建立隧道三维模型，与实测结果对比，验证 数值模型的比较符合实际，计算分析不同炸药当量， 不同围岩级别条件下的特征节点最大震速和特征单 元的最大应力，可以得出以下基本结论 1 对于I I I 级围岩，综合考虑震速和最大主应 力，先行洞二衬施工最好在后行洞掌子面之后1 4m 范围，这个范围之后左洞爆破施工对二衬影响较小。 2 对于各个工况，后行洞爆破施工，对中隔墙 和先行洞拱顶和靠近爆源的一侧影响较大。并且对 昭O ～脚范围的围岩和中隔墙影响很大。 3 对于V 级围岩要严格控制每次爆破施工炸 药当量，采取采用微差爆破技术减震，减少对围岩扰 动和中隔墙的震动。 万方数据 第2 9 卷第4 期任辉龙，段群苗，蔡永昌浅埋连拱隧道爆破的数值模拟 7 5 陈连进．小净距隧道爆破振动对邻近隧道影响测试研 究[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 2 3 6 ．4 0 ． C H E NL i 蚰．j i n ．E x p e r i m e n t a ls t u d yo nb l a s t i n gv i b r a t i o n i n n u e n c eo nn e a r b yt u n n e l sw i t hs m a l li m e n ，a l [ J ] ．B l a L s ． t i n g ，2 叭0 ，2 7 2 3 6 - 4 0 ． i nC h i n e s e 傅洪贤，赵勇，谢晋水．隧道爆破近区爆破振动测试 研究[ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 1 1 ，3 0 2 3 3 5 糊． F UH o n g - x i 跚，Z H A OY o n g ，X I EJ i n s h u i ．S t u d yo fb l a s t i n gv i b r a t i o nt e s to fa r e an e a rt u n n e l [ J ] ．c h i n e s eJ o 啪a l o fR o c kM e c h 明i c s 蚰dE n 舀n e e r i n g ，2 0 1 1 ，3 0 2 3 3 5 3 4 0 ． i nC h i n e s e 冯仲仁，文曦．新建隧道爆破振动对既有隧道影响 的数值分析[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 4 2 0 ．2 3 ． F E N GZ h o n g r e n ，W E NX i ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fb l a s t i n gv i b r a t i o n 舶me x c a v a t i o n0 fan e wt u n n e lo ne x i s t e d t u n n e l [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 8 ，2 5 4 2 0 _ 2 3 ． i nc h i n e s e 李云鹏，艾传志，韩常领，等．小间距隧道爆破开挖动 力效应数值模拟研究[ J ] ．爆炸与冲击，2 0 0 7 ，2 7 1 7 5 ．8 0 ． U Y u n p e n g ，A IC h u 蚰一z h i ，H A NC h a n g l i n g ，e ta 1 ．S t u d - yo nd y n 锄i c se 如c tc a u s e db yb l 硒t i n gc o n s t m c t i o nb y n u m e r i c a ls i m u l a t i o nf o rt u r u l e l sw i t l ls m a l ls p a c i n g [ J ] ． E x p l o s i o n 锄dS h o c kw a v e s ，2 0 0 7 ，2 7 1 7 5 - 8 0 ． i n C h i n e s e 王振毅．基于L s D Y N A 的某邻近洞室爆破振动模拟 分析[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 1 1 0 4 - 1 0 6 ． W A N G Z h e n - y i ．S i m u l a t i o na n da l l a l y s i so fb l a s t i n gv i b r a - t i o nn e 盯c h 锄b e rb yL s D Y N A [ J ] ．B l 鹊t i n g ，2 0 1 0 ， 2 7 1 1 0 4 1 0 6 ． i nC h i n e s e H A L L Q u I S TJ0 ．L s d y n at l l e o r ym a n u a l [ R ] ．c a l i f o m i a ， L i v e 瑚o r e ，2 0 0 6 4 7 8 4 7 8 ． L S T C ．L S D Y N AK e y w o r du s e r ’sm 锄u a l [ M ] ．“v e r _ m o r e L i v e 珊o r eS 胡w a r eT e c h n o l o g yC o r p o r a t i o n ，2 0 0 | 6 ． 戴俊．岩石动力学特性与爆破理论[ M ] ．北京冶金 工业出版社，2 0 0 2 3 8 1 0 2 ． J 7 耐0 2 6 9 0 公路隧道设计规范[ s ] ． 上接第1 8 页 2 聚能罩材质和形状对聚能爆破破碎深度有 较大影响，对破碎体积影响较小。实际工程中，聚能 装药宜采用锥形金属罩，并适当增大锥形罩底角，并 综合考虑加工方便性、成本等各方面影响因素选择 聚能罩材质。 3 炸高可以提高有罩聚能装药的破碎深度， 但会明显降低岩石的破碎体积，且岩石破碎深度的 提高远小于破碎体积的减少。因此，当采用聚能爆 破破碎岩石时，应避免通过改变炸高来增加破碎深 度，尽量采用药包与岩石表面直接接触的爆破方式。 4 聚能装药破碎岩石的过程大致可以分为冲 击波作用、射流开坑、侵彻、杵体及应力波作用4 个 阶段。岩石的破碎深度主要取决于金属射流侵彻； 破坏范围主要取决于聚能爆破产生的冲击波和爆生 气体作用。 5 采用A N s Y s ／L s D Y N A 程序、流固耦合计 算方法、合理进行网格划分、并选取合适的材料模型 参数，能够较好地模拟聚能爆破破碎岩石的全过程。 虽然数值模拟与试验结果有一定差别，但不同情况 下岩石破碎深度和破碎体积的变化趋势基本相同， 因此，用数值模拟方法来研究聚能装药各参数变化 对破岩效果的影响规律是比较可信的。 张应力．工程爆破实用技术[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 0 5 ． 何广沂．工程爆破新技术[ M ] ．北京中国铁道出版 社，2 0 0 0 ． 陈开翔．聚能爆破在某露天矿的应用与研究[ J ] ．化工 矿物与加工，2 0 0 8 ，3 7 8 3 9 4 1 ． C H E NK a i x i a n g ．S t u d ya n da p p l i c a t i o no fa c c u 砌l a t i v e b l 鹊t i n gi no p e n - p i tm i n e [ J ] ．2 0 0 8 ，3 7 8 3 9 - 4 1 ． i n C h i n e s e l 杨军．岩石爆破理论模型及数值计算[ M ] ．北京科 学出版社，1 9 9 9 ． 罗勇，崔晓荣，沈兆武．聚能爆破在岩石控制爆破技 术中的应用研究[ J ] ．力学季刊，2 0 0 7 ，2 8 2 2 5 _ 2 7 ． L u OY o n g ，C u Ix i a o r o n g ，S H E Nz h a o - w u ．A p p l i c a t i o n s t u d yo nc o n 仰l l e db l a s t i n gt e c h n o l o g yw i t l ls h a p e dc h a r g e i nr o c km 踞s [ J ] ．Q u a J t e r l yJ o u m a lo fM e c h 锄i c s ，2 0 0 7 ， 2 8 2 2 5 - 2 7 ． i nC h i n e s e 王励自．聚能装药对岩土介质侵彻机理研究与分析 [ D ] ．成都西南交通大学，2 0 0 2 ． W A N GL i z i ．S h a p e dc h a r g ei n1 1 0 c ka n ds o i lm e d i ap e n e t r a t i o nm e c h a n i s mr e s e a r c h 明da n a l y s i s [ D ] ．C h e n g d u S o u t h w e s tJ i a o t o n gu n i v e r s i t y ，2 0 0 2 ． i nC h i n e s e 1 j 1；1J]j 4 5 5 6 7 8 9 H 降 口 ∞ 口 哆 汐 ] l J 1j]j]J 1 J 1 J 1 J 1 二 心 心 口 口 H ； ] ] ] ] ] ] l 眨 嗲 口 M ∞ 口 № № 万方数据