约束条件对爆扩作用影响的数值分析.pdf

第1 8 卷第3 期 2 0 0 1 年9 丑 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．1 8N o ．3 S e D ．2 { j o l 文章编号1 0 0 l 一4 8 7 x 2 0 0 1 0 3 0 0 0 1 ．。3 约束条件对爆扩作用影响的数值分析 张建华1 ．王万元2 1 ．武双理工夫学．湖北武汉4 3 0 0 7 0 I2 ．荆襄化工集团，期北钟样4 3 1 9 1 0 摘要科用D Y N A ．2 D 有限元程序对敞口扣封闭紊件下岩石耦夸幕赫爆炸扩腔过租进行了模拟，研究了 不再条件下固岩中的应力蚨传播和胜体演化过程，蛄秉表明两种情况下的扩腔效果有明王差异。 关t 调；爆蚱扩腔I 药壹爆破{ 敷值模拟 工程爆磕 中田分类号 T D2 3 1 ．1 文献标识码 A N u m e r i c a IS i m u I a t i o nA n a l y s i so fR 鹤t r i c t i o n h I n u e n c e so nS p r i n g i l l gB l a s t 堍 Z ⅣA ⅣGJ 缸“ 一 埘1 ．H 7 A ⅣG 仉，n “一J 御一 1 ．W u h a nU n j v e r s i t yo fT e c h n o k ，g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a ； 2 ．J j “g x i a “gc h e m i c a lG m u p ，Z h 。n g x 通“gH u b e i4 3 1 9 1 0 ，C h i n a A b s t n c t T h en u m e n c a Is i m u l a t i o n sb yu 鸵o fL s - D Y N A2 Ds o f t w a r ed i s p l a yo b j e c t i v e l yt h ep m s so f 眦k f n g T 【- e n t a t l 0 九a n dc h a m b e re v o l u t i o ni nd 计f e | e n tr e s t r i c t j o n s ．T h er e s u | t ss h o wt h a tr e s t r I c t i o nh 舔a no b v l 。u s I n f l u e n c eo ns t r e s sd j s t r i b u t j 叽a n dc h a m b e re v o l u t i ∞，a n dj ti sb e I i e v e dt h a tt h es o f t w a r ec a nb em a d ea v a i l a b I e f 。rd e ”g na n do p t i m i z a t i 。no ft b ep a 他m e t e r so fs p 一“g i “gb h s t sa n dw j l lp h yt h e _ rd u e r d eI nt h es p r e a d i o ga n d d e v e l o p m e n to ft h e8 p r I “gt e c h n o l o g y ． K e yw o r d s ； b I 貅ts p n g i “g } s 研“g i n gb 1 8 s t i n g }n u m e d c a lm m u I a t i 蚰I e “g i n e e r i “gb l a s t m g l 前言 本文利用T Y N A 一2 D 程序[ “，对约束和非约束 条件下耦合装药爆炸扩腔演化过程进行模拟，研究 爆扩过程中围岩应力、应变及位移的演化规律。分析 比较约束条件对爆炸扩腔作用的影响，为爆炸扩腔 机理的研究提供依据，并为药壶爆破施工工艺的改 进提出台理化建议。 2 计算模型 1 爆扩参数孔径1 0 0m m ，装药形状为圆柱 形，装药直径l o Om m ．装药高度1 0 0m m ，装药量为 o ．7 0 65k g ，装药密度9 0 0 妇／m 3 ，等效于装药半径 为5 7 m m 的球形药包； 2 数值模拟选用板岩，其物理力学参数见表 P ] ；表中P 为密度，y 为纵波波速；以为抗压强度， “为抗拉强度，E 为弹性模量，G 为剪切模量，P 为 泊松比，c 为动态内聚力，矿为动态内摩擦角； 3 计算模型尺寸2m 2m ，药包设计在几何 中心} 4 分敞口条件下和封闭条件下两种情况模拟。 收稿日期2 0 0 l0 6 2 5 ． 作者简介张建华 1 9 6 3 一 ，男；武汉武汉理工大学资源与环境工程学院博士 万方数据 泣。．隧。蜓犍。 I 躲j 囊j 虢j 帮 I 镬I 爨j 蠢i ■ ，数值模拟结果及分析 i Z 臀篙嚣 万方数据 第1 8 卷第3 期张建华等约束条件对爆扩作用影响的散值分析 s ．2 3 0 m ／s 基本呈球对称分布；6 0 “ s 是在半径风～ 2 见的围岩中，质点速度分布最大，为5 0 0m ／s ，此范 围的最小质点速度为2 5 0m ／s ，表明环向外拉应力 在围岩中产生径向裂隙；2 1 0 坤时，除药包轴向局部 质点速度达4 2 0m ／s 外，半径4 岛范围内的质点速 度基本在l5 0 ～2 1 0m ／s 之间，4 尺。以外的质点速度 小于5 0m ／s ；4 5 0 “s 时，围岩中的质点速度仅为1 2 m j s ．这表明腔体的脉动过程接近结束。 从图4 不难看出，腔体的位移随着时间的延续 越来越小，2 0 0p s 后位移量明显变小，到4 5 0p s 时， 扩腔过程基本结束，形成腔体的等效半径是装药径 的2 ．5 9 倍。 3 ．3 敞口爆扩与封口爆扩的比较 从数值模拟结果可以看出，敞口爆扩和封口爆 扩存在明显的差异．主要表现在 1 封闭条件下爆扩时．岩石中产生的压力渡是 对称的球面波；而敞口爆扩时，由于炮孔的泄爆作 用．岩石中产生的压力波呈现出非球对称分布，上部 围岩中的压力分布明显低于下部围岩。 2 从图7 敞口爆扩和封口爆扩时药室的压力 一时间关系曲线可以看出．由于泄爆作用，岩体和药 室内的压力衰减均明显加快。 3 敞口条件下围岩中储存的应变能的释放较 封口要迅速，产生的环向拉应力也较大。在2 1 0p s 时．封口爆扩时产生的环向拉应力峰值为5 7M P a ， 而敞口爆扩时拉应力峰值已达8 8M P a ，是封口爆扩 时的1 ．5 4 倍，因此对岩石的拉伸破坏更大。 4 由于冲击压缩产生的环向拉应力和应变能 的释放产生的卸载拉应力以及剪切应力的作用，靠 芒 罩 R 出 近药包的孔壁发生拉剪破坏，使炮孔壁形成倒漏斗 形，与腔体圆滑地连接在一起。这一点也充分说明了 自由面对腔壁剥落的积极作用。从4 5 0 “ s 的位移图 可以看出．围岩中出现了几条较大的径向裂隙．宽度 约4 ～6c m 。 5 受泄爆作用的影响，炸药能量的利用率降 低．作用时问缩短，因此形成的腔体较封口爆扩时要 小1 2 ．8 ％，为1 2 ．9c m 。 4 结语 分析比较数值模拟结果可以得出 1 尽管围岩的初始压力峰值相同。但封口爆扩 比敞口爆扩所形成的腔体大1 2 ．8 ％，说明在封口爆 扩时，爆炸气体对爆扩起了一定的作用，同时表明在 耦台装药爆扩过程中，冲击波对爆扩起主导作用．而 爆炸气体则起辅助作用。 2 爆扩时堵塞比敞口有明显的优势．因此建议 在爆扩施工时应根据情况进行堵塞。堵塞长度应根 据现场实验确定，一般不大于药包的长度一以免使炮 孔堵死而影响后续工作。 3 数值模拟很好地再现了敞口和封口条件下 爆炸扩腔的物理过程，经笔者在湘潭发电厂和威海 爆破器材有限公司等土石方爆破中的宴践证明“ 其结果与实际效果吻合得很好，表明I ．sD Y N A 一2 D 可用于药壶爆破的参数优化设计，有效地指导生产- 减少扩腔施工中的盲目性，对于耀孔药壶爆破的推 广应用、爆炸扩腔理论的完善以及爆扩工作效率的 提高均具有重要的意义。 { 们药室的压力一时问关系曲线 b 岩石中的压力一时问关系曲线 图7 敞口和封口爆扩时压力一时间关系曲线 究[ D ] ．北京理工大学，2 0 0 0 ． 参考文献 2 张建华．深孔药壶爆破法的试验与研究[ J ．爆破．1 9 9 6 l 张建华．球形偏心不耦台装药爆炸扩腔机理及规律的研 3 5 6 6 0 万方数据