爆破荷载对邻近洞室及支护结构的影响机理研究
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摘要
由于爆破本身的瞬时性、复杂性以及爆破介质和赋存条件的多变性,导致炸药爆破后产生的爆破荷载的随机性很大。针对单孔爆破的研究已经取得了不少成果,但工程中岩体的开挖一般采用多药包爆破,多孔爆破与单孔爆破的爆破机理有很大差别。因此,利用有效的手段,研究各种条件下爆破荷载的特性及其对邻近洞室和支护结构的影响,成为目前亟待解决与完善的问题之一。
本文应用ANSYS/LS-DYNA软件,按照炮孔参数和装药量的设计原则,设计了洞室开挖时主爆孔的孔径、孔深、装药量等参数,建立了单孔爆破数值仿真试验模型并采用传统的爆破荷载计算方法,验证了单孔爆破数值仿真结果的可行性及正确性。另外,通过多种数值试验方案,着重研究了装药量、炸药类型、岩体类别和传播距离对单孔爆破荷载的影响,得出具体的量化规律结论。
在上述基础上,根据锦屏电站左岸f5-1#置换洞的爆破设计参数,建立了该洞室开挖微差爆破数值仿真模型。进行了单孔、双孔、多孔爆破条件下爆破应力波传播特性对比分析,分析表明多孔爆破时各爆破应力波存在互相影响,互相叠加的特性,这与单孔爆破存在本质差别,为此,本文提出了新的微差爆破荷载模型。
最后,本文利用提出新的微差爆破荷载模型,采用ABAQUS有限元软件,研究微差爆破开挖对洞室和支护结构的影响。研究得出洞室开挖爆破时,在周围岩体中产生高频、高速,且随时间变化的振动荷载;该荷载随传播距离加大逐渐衰减,但仍使得邻近20m范围内洞室支护结构的局部位置产生振动破坏。
The stability problem of surrounding rock and support under millisecond blasting is a complex problem, and is concerned with many subjects, such as Explosive Mechanics, Rock Mechanics and Damage Mechanics etc. Since its instantaneous nature and complexity of blasting, as well as blasting media and the conditions variability, the blasting load after blasting is very random. At present, the research of single-hole blasting have acquire a great achievements, however, rock excavation is generally adopting multi-hole millisecond blasting the single-hole blasting mechanism are very different. Therefore, it is very necessary to analyze the stability of surrounding rock and support under multi-hole millisecond blasting.
With ANSYS / LS-DYNA software, based on the engineering design principles of the holes parameters and charge, explosion hole diameter, hole depth, charging parameters are got. And single-hole blasting model is established, with contrast to the computing method of traditional blast loading, the feasibility and reasonableness is proved. As well as the influence of charging volume, type of explosives, rock classification and propagation distance on the blasting load is investigated and some quantization law is given.
Then, according to blasting design parameters of the Left Bank f5 of Jinping power station, the millisecond blasting numerical simulation model is given. The analysis on wave propagation of blasting in the condition of single-hole, double hole and multi-hole is implemented. And the results indicates that blasting stress wave can influence each other and superposition under the condition of double hole and multi-hole blasting, which is different from single-hole blasting in essence. So a new multi-hole millisecond blasting load is proposed in this paper.
At last, using new millisecond blasting load model and ABAQUS finite element software, the stability of surrounding rock and lining of the Left Bank f5 tunnel of Jinping power station under millisecond blasting load is studied.
本文应用ANSYS/LS-DYNA软件,按照炮孔参数和装药量的设计原则,设计了洞室开挖时主爆孔的孔径、孔深、装药量等参数,建立了单孔爆破数值仿真试验模型并采用传统的爆破荷载计算方法,验证了单孔爆破数值仿真结果的可行性及正确性。另外,通过多种数值试验方案,着重研究了装药量、炸药类型、岩体类别和传播距离对单孔爆破荷载的影响,得出具体的量化规律结论。
在上述基础上,根据锦屏电站左岸f5-1#置换洞的爆破设计参数,建立了该洞室开挖微差爆破数值仿真模型。进行了单孔、双孔、多孔爆破条件下爆破应力波传播特性对比分析,分析表明多孔爆破时各爆破应力波存在互相影响,互相叠加的特性,这与单孔爆破存在本质差别,为此,本文提出了新的微差爆破荷载模型。
最后,本文利用提出新的微差爆破荷载模型,采用ABAQUS有限元软件,研究微差爆破开挖对洞室和支护结构的影响。研究得出洞室开挖爆破时,在周围岩体中产生高频、高速,且随时间变化的振动荷载;该荷载随传播距离加大逐渐衰减,但仍使得邻近20m范围内洞室支护结构的局部位置产生振动破坏。
The stability problem of surrounding rock and support under millisecond blasting is a complex problem, and is concerned with many subjects, such as Explosive Mechanics, Rock Mechanics and Damage Mechanics etc. Since its instantaneous nature and complexity of blasting, as well as blasting media and the conditions variability, the blasting load after blasting is very random. At present, the research of single-hole blasting have acquire a great achievements, however, rock excavation is generally adopting multi-hole millisecond blasting the single-hole blasting mechanism are very different. Therefore, it is very necessary to analyze the stability of surrounding rock and support under multi-hole millisecond blasting.
With ANSYS / LS-DYNA software, based on the engineering design principles of the holes parameters and charge, explosion hole diameter, hole depth, charging parameters are got. And single-hole blasting model is established, with contrast to the computing method of traditional blast loading, the feasibility and reasonableness is proved. As well as the influence of charging volume, type of explosives, rock classification and propagation distance on the blasting load is investigated and some quantization law is given.
Then, according to blasting design parameters of the Left Bank f5 of Jinping power station, the millisecond blasting numerical simulation model is given. The analysis on wave propagation of blasting in the condition of single-hole, double hole and multi-hole is implemented. And the results indicates that blasting stress wave can influence each other and superposition under the condition of double hole and multi-hole blasting, which is different from single-hole blasting in essence. So a new multi-hole millisecond blasting load is proposed in this paper.
At last, using new millisecond blasting load model and ABAQUS finite element software, the stability of surrounding rock and lining of the Left Bank f5 tunnel of Jinping power station under millisecond blasting load is studied.
引文
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