软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究.pdf
《软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、工程爆破 E N G I N E E R I N GB L A S T I N G 2 0 2 3年8月第2 9卷第4期E n g i n e e r i n gB l a s t i n g工程爆破,2 0 2 3,2 9(4):5 2-6 0文章编号:1 0 0 6-7 0 5 1(2 0 2 3)0 4-0 0 5 2-0 9收稿日期:2 0 2 2-1 2-1 8基金项目:江苏省地质矿产勘查局爆破工程技术研究中心开放基金资助项目(B P-K F J J-2 0 2 0-0 0 2)作者简介:刘 迪(1 9 8 8-),男,硕士,工程师,从事爆破工程及采矿工程施工等方面的研究。E-m a
2、 i l:l a u d i 0 3 2 1o u t l o o k.c o m通信作者:吴立辉(1 9 9 4-),男,在读硕士,从事爆炸技术及应用方面的研究。E-m a i l:7 5 6 5 1 0 2 3 1q q.c o m软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究刘 迪1,吴立辉2,顾 云1,李 飞1,李洪伟3(1.核工业南京建设集团有限公司,南京2 1 0 0 0 0;2.马鞍山江南化工有限责任公司,安徽 马鞍山2 4 3 0 3 3;3.安徽理工大学化学工程学院,安徽 淮南2 3 2 0 0 0)摘 要:为研究平行于炮孔的软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展的影响,通过制作含不同软弱夹层的水
3、泥砂浆试块进行爆破模拟试验,并用高速摄影仪对试块爆破裂纹扩展过程进行观测。同时,通过有限元分析软件AN S Y S/L S-D YNA对含不同软弱夹层试块的爆破裂纹扩展起因进行数值模拟分析。结果表明:随着软弱夹层强度的降低,软弱夹层侧爆炸反射应力波强度逐渐增加、透射应力波强度逐渐降低,这使得软弱夹层侧裂纹扩展速度逐渐增加、裂纹扩展也越充分。同时,随着软弱夹层强度的降低,爆炸应力波在软弱夹层侧的衰减速度逐渐加快。试验结果与数值模拟结果具有较强的一致性,表明数值模拟对实践具有一定的指导意义。关键词:软弱夹层;高速摄影;岩石破碎;裂纹扩展;数值模拟中图分类号:T D 2 3 5 文献标志码:A d
4、o i:1 0.1 9 9 3 1/j.E B.2 0 2 1 0 3 4 5S t u d yo nt h e i n f l u e n c eo fw e a k i n t e r l a y e ro nt h e c r a c kp r o p a g a t i o no fr o c kb l a s t i n gL I UD i1,WUL i-h u i2,G UY u n1,L I F e i1,L IH o n g-w e i3(1.N u c l e a r I n d u s t r yN a n j i n gC o n s t r u c t i o nG r
5、 o u pC o.,L t d.,N a n j i n g2 1 0 0 0 0,C h i n a;2.M aa n s h a nJ i a n g n a nC h e m i c a l I n-d u s t r yC o.,L t d.,M aa n s h a n2 4 3 0 3 3,A n h u i,C h i n a;3.S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g,A n h u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,H u a
6、 i n a n2 3 2 0 0 0,A n h u i,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t os t u d yt h ei n f l u e n c eo ft h ew e a ki n t e r l a y e rp a r a l l e l t ot h eb l a s t h o l eo nt h ee x p a n s i o no fr o c kb l a s t i n gc r a c k s,t h eb l a s t i n gs i m u l a t i o nt e s t sw a sc a r r
7、 i e do u tb ym a k i n gc e m e n tm o r t a r t e s tb l o c k sw i t hd i f f e r e n tw e a ki n t e r l a y e r s,a n dt h ec r a c kp r o p a g a t i o np r o c e s sw a so b s e r v e dw i t hah i g h-s p e e dc a m e r a.A tt h es a m et i m e,t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o
8、f t w a r eAN S Y S/L S-D YNAi su s e dt oc a r r yo u tn u m e r i c a l s i m u l a t i o na n a l y s i so nt h ec a u s eo fb l a s t i n gc r a c ke x p a n s i o no ft e s tb l o c k sw i t hd i f f e r e n tw e a ki n t e r l a y e r s.T h er e s u l t ss h o wt h a tw i t ht h ed e c r e a s
9、 eo f t h es t r e n g t ho f t h ew e a ki n t e r l a y e r,t h es t r e n g t ho ft h ee x p l o s i o nr e f l e c t i o ns t r e s sw a v ei n c r e a s e sg r a d u a l l ya n dt h es t r e n g t ho ft h et r a n s m i s s i o ns t r e s sw a v ed e c r e a s e sg r a d u a l l y,w h i c hm a
10、k e s t h ec r a c kg r o w t hr a t eo f t h ew e a ki n t e r l a y e r i n c r e a s e sg r a d u a l l ya n dt h ec r a c kg r o w t hi sm o r es u f f i c i e n t.A t t h es a m et i m e,w i t ht h ed e c r e a s eo ft h es t r e n g t ho ft h ew e a ki n t e r l a y e r,t h ea t t e n u a t i
11、o ns p e e do ft h ee x p l o s i o ns t r e s sw a v e i nt h ew e a ki n t e r l a y e r s i d e i n c r e a s e sg r a d u a l l y.T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t sa r e i ng o o da g r e e m e n tw i t ht h en u m e r i c a l s i m u l a t i o nr e s u l t s,w h i c hs h o w s t h a t t
12、 h en u m e r i c a l s i m u l a t i o nh a s c e r t a i ng u i d i n gs i g n i f i c a n c e f o r t h eb l a s t i n ge x p e r i m e n t.K e yw o r d s:w e a ki n t e r l a y e r;h i g h-s p e e dp h o t o g r a p h y;r o c kf r a g m e n t a t i o n;c r a c kp r o p a g a t i o n;n u m e r i
13、c a l s i m u l a t i o nh t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4 天然岩体中往往含有大量的层理结构,对含层理结构的岩体进行爆破作业时,通常无法取得预期的效果,甚至会引发严重的工程事故,如隧道爆破岩体中的软弱夹层会导致隧道周边轮廓的超欠挖;边坡岩体内存在软弱夹层会导致斜坡崩滑失稳等。因此,对含软弱夹层岩体的爆破裂纹扩展规律研究,将对合理选取爆破参数、改善爆破效果、提高爆破作业安全等具有重要的指
14、导作用。目 前 的 研 究 成 果 中,徐 叶 勤 等1利 用C A S R o c k软件模拟分析了软弱夹层倾角对隧道爆破围岩稳定性的影响,得出隧道爆破围岩的稳定性随着软弱夹层倾角的增加先增大后减小的结论。郝亚飞等2通过制作含顺层软弱夹层的水泥砂浆试块进行爆破模拟试验,将爆后软弱夹层空间分布分为:爆腔区、压密区、影响区和无扰动区等。韩新平等3用声波探测技术探明现场岩体软弱夹层的厚度和倾角,通过改变药包与软弱夹层的相对位置、孔径、孔距、单耗等变量进行爆破试验,得出药包与软弱夹层的相对位置对爆破效果的影响最大。宋小林等4通过对爆轰气体等熵绝热膨胀理论的研究,建立了软弱顺倾边坡爆破过程的准静态力学
15、模型,得出并验证了软弱层临界层裂长度的计算公式等。以上研究从数值模拟、模型试验、现场效果和理论计算等角度出发,对爆炸过程中软弱夹层的运动特征进行了研究,着重于软弱夹层对隧道和山体边坡稳定性的分析,为工程实践提供了重要的参考价值,但对软弱夹层与岩石爆破裂纹扩展之间关系的研究较少。通过制作含有不同软弱夹层的水泥砂浆试块进行爆破试验,并利用高速摄影仪对试块爆破裂纹扩展过程进行观测,结合数值模拟,分析得出相应规律,对工程实践具有一定的理论指导意义。1 试验方案1.1 模型建立试验水泥砂浆模型制作材料及其质量配比为:水泥河沙水=120.7,模型制作过程中预留夹层缝隙,待混凝土凝固后灌注夹层材料。考虑到装
16、药直径、炮孔深度及模型制作难易程度,模型尺寸设计为4 0c m4 0c m 3 6c m(ABH),孔径(d)8mm,装药高度(L1)1 0c m,填塞高度(L2)5c m,软弱层尺寸:1c m3 0c m2 6c m(abh),软弱夹层距炮孔1 0c m,软弱夹层两端距自由面(L)5c m,如图1所示。图1 试验模型F i g.1 T e s tm o d e l1.2 试验材料软弱夹层多是由碎石、岩屑、泥土等,经风化及水蚀作用形成的具有一定厚度和强度的填塞物,一般比较潮湿,塑性高,抗拉、抗压、剪切强度都很小5。因此,试验试块中软弱夹层材料分别为:1)泥土和石子;2)泥土;3)水。每次试验采
17、用单发瞬发电雷管,装药量为0.6gR D X,填塞材料为自制炮泥。其中,水泥砂浆试块参数6如表1所示。表1 水泥砂浆试块相关参数T a b l e1 R e l e v a n tp a r a m e t e r so f c e m e n tm o r t a r t e s tb l o c k单轴抗压强度c/MP a单轴抗拉强度s t/MP a密度/(k gm-3)弹性模量E/G P a纵波速度Cp/(ms-1)1 2.81.7 417 7 3.82.825 5 72 试验结果与分析2.1 试块裂纹扩展分析试验采用M e m r e c a m HX-3型高速摄像仪对试块爆破裂纹的扩
18、展情况进行拍摄。其中,每秒帧率为1 00 0 0幅;分辨率为6 4 06 4 0P P I;拍摄时长为2.4s。定义第一张出现裂纹照片的前一张照片时间为t=0m s(注:图2、3、4中裂纹标注线均35第4期刘 迪,等:软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究E n g i n e e r i n gB l a s t i n g工程爆破,2 0 2 3,2 9(4):5 2-6 0为裂纹起点和终点之间的连线,且仅讨论软弱夹层侧裂纹扩展情况)。1)工况1。软弱夹层为泥土和石子的试块裂纹扩展情况如图2所示。图2 软弱夹层为泥土和石子的试块裂纹扩展过程F i g.2 T h ec r a c kp r
19、o p a g a t i o np r o c e s so f t h e t e s tb l o c kw i t hs o i l a n ds t o n e sa s t h ew e a k i n t e r l a y e r由图2可知,爆炸过程中在软弱夹层侧共生成7条裂纹7-8。t=0.1m s时,生成裂纹1、2,主要受爆炸冲击波压缩炮孔壁和软弱夹层侧爆炸应力波反射拉伸的共同作用下产生9-1 0。t=0.4 m s时,生成裂纹3、4,其中裂纹3主要受爆生气体楔入和爆炸应力波反射拉伸影响产生;裂纹4主要由爆炸应力波在自由面反射叠加产成的拉伸作用生成。t=0.8m s时,生成
20、裂纹5、6,其中裂纹6主要由爆炸应力波在自由面反射拉伸产生微裂纹,再经爆炸冲击与地面碰撞使裂纹进一步扩展;裂纹5产生原因与裂纹4相同。t=1.6m s时,生成的裂纹7与裂纹6原因相同。t=时,各裂纹在爆生气体楔入下进一步扩展并生成若干条次裂纹。2)工况2。软弱夹层为泥土的试块裂纹扩展情况如图3所示。图3 软弱夹层为泥土的试块裂纹扩展过程F i g.3 T h ec r a c kp r o p a g a t i o np r o c e s so f t h e t e s tb l o c kw i t hs o i l a s t h ew e a k i n t e r l a y e
21、 r由图3可知,爆炸过程中在软弱夹层侧共生成5条裂纹。t=0.1m s时,生成裂纹1、2,其中裂纹1受爆炸冲击波压缩炮孔壁和爆炸应力波反射拉伸的共同作用下产生;裂纹2主要由爆炸应力波在自由面反射叠加产成的拉伸作用生成。t=0.3m s时,生成裂纹3、4,其中裂纹3主要受爆炸气体楔入和爆炸应力波反射拉伸影响产生;裂纹4产生原因与裂纹2相同。t=0.7m s时,生成的裂纹5与裂纹3原因相同。t=0.1 3m s至t=时,各裂纹在爆生气体楔入下进一步扩展并生成若干条次裂纹。3)工况3。软弱夹层为水的试块裂纹扩展情况如图4所示。45工程爆破 E NG I N E E R I NGB L A S T I
22、 N G 第2 9卷h t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4图4 软弱夹层为水的试块裂纹扩展过程F i g.4 T h ec r a c kp r o p a g a t i o np r o c e s so f t h e t e s tb l o c kw i t hw a t e ra s t h ew e a k i n t e r l a y e r 由图4可知,爆炸过程中在软弱夹层侧共生成7条裂纹。t=
23、0.1m s时,生成裂纹1、2,主要受爆炸冲击波压缩炮孔壁和软弱夹层侧爆炸应力波反射拉伸的共同作用下产生。t=0.2m s时,在爆炸反射应力波叠加产生的拉伸作用下生成裂纹3。t=0.5m s时,生成裂纹4、5、6,其中裂纹5、6在爆炸应力波反射拉伸和爆炸气体楔入的共同作用下产生;裂纹4产生原因与裂纹3相同。t=1.1m s时,裂纹7在爆炸应力波反射拉伸作用下产生,并从自由面向软弱层端部扩展。t=时,各裂纹在爆生气 体 楔 入 下 进 一 步 扩 展 并 生 成 若 干 条 次裂纹。工况1、2、3相互比较可知,工况3软弱夹层靠近炮孔侧裂纹扩展最充分,工况2次之,工况1最差。分析认为:3种软弱夹层
24、材料的不可压缩性由大到小分别为:泥土和石子泥土水,所以爆炸过程中软弱夹层侧所受夹制作用也由大到小,软弱夹层为水时更易破坏,爆生气体的楔入阻力最小,裂纹扩展也最充分。2.2 试块裂纹扩展速度分析经测量,试块裂纹扩展速度如表2所示。表2 水泥砂浆试块裂纹扩展速度T a b l e2 T h ec r a c kp r o p a g a t i o nv e l o c i t yo f c e m e n tm o r t a r t e s tb l o c k软弱夹层材料裂纹编号裂纹扩展长度/c m裂纹扩展速度v/(ms-1)裂纹平均扩展速度v/(ms-1)软弱夹层靠近炮孔侧泥土和石子泥土水
25、11 1.2 3 1(t=0.1m s)11 2 3.127.1 7 7(t=0.1m s)7 1 7.711 1.4 0 3(t=0.1m s)11 4 0.311 3.8 8 4(t=0.1m s)13 8 8.421 0.6 8(t=0.1m s)10 6 8.09 2 0.411 4 0.312 2 8.2软弱夹层两端裂纹(翼裂纹)泥土和石子泥土水44.5 9 4(t=0.4m s)1 1 4.955.8 8 6(t=0.4m s)1 4 7.222.2 2 5(t=0.1m s)2 2 2.544.7 2 8(t=0.2m s)2 3 6.437.4 7 6(t=0.1m s)7 4
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 软弱 夹层 岩石 爆破 裂纹 扩展 影响 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。