缺陷介质射流切槽爆破断裂行为的实验研究

摘要

水射流切槽定向断裂控制爆破改善了传统光面爆破的成型质量，解决了机械刻槽的卡刀等问题，然而，由于岩体中常存在各种结构面，当射流切槽爆破爆生裂纹在遇到这些结构面后其扩展规律将必然发生改变。同时，爆炸载荷的瞬时性以及爆破岩体非线性响应的复杂性等，使得至今对于水射流切槽定向断裂爆破的研究还很不足，理论分析方法还有待发展和完善。因此，研究缺陷介质对射流切槽定向爆破的影响具有一定的理论和实践意义。本文运用断裂力学和爆破理论对水射流切槽定向爆破机理进行分析，采用ANSYS/LS-DYNA数值分析软件模拟了不同间距平行裂隙影响下射流切槽爆破时爆炸应力波的传播规律，且对不同方位预制裂隙的有机玻璃介质进行爆破试验，分析其爆生裂纹的扩展规律及应力波的传播机制。
　　本研究主要内容包括：①基于断裂力学和爆破理论，分析了射流切槽炮孔周边的应力分布情况，得到了爆破荷载下切槽方向爆生裂纹扩展的应力强度因子表达式，并揭示了水射流切槽定向爆破机理；其次，分析了射流切槽爆破中应力波在裂隙处的传播规律。②利用数值模拟软件对不同间距平行预制裂隙下射流切槽爆破进行了模拟，得到了应力波的传播规律、爆生裂纹的扩展规律及分布规律、主裂纹角度变化情况，结果显示：应力波的传播受切槽和预制裂隙的共同作用，爆炸前期切槽的导向作用明显，应力波在切槽方向集中，爆炸中期应力波受预制裂隙的影响明显，在预制裂隙位置发生透反射现象，并导致在裂隙处出现应力集中；爆生裂纹受切槽和预制裂隙的双重影响，初始阶段爆生裂纹受切槽影响，优先向切槽端部方向起裂，中期阶段爆生裂纹的扩展受到附近预制裂隙的影响，向预制裂隙位置偏转；爆生主裂纹的角度随间距的增大而先增大后减小，其主要体现为预制裂隙角度对裂纹扩展的影响先增强后减小。③通过设置不同角度、不同间距的预制裂隙（共14组）有机玻璃试件进行爆破实验，得到其应力波的传播规律及爆生裂纹的分布规律包括裂纹总数、切槽端部和根部的主裂纹长度变化情况等，其实验结果显示：随着预制裂隙间距的增大，裂纹总数减少，切槽端部主裂纹长度增大，切槽根部主裂纹长度减小；随着预制裂隙角度的增大，切槽端部主裂纹长度增大，切槽根部主裂纹长度受预制裂隙角度的变化呈现先增大后减少的趋势；射流切槽对裂纹的扩展具有导向作用，促进爆生裂纹沿切槽方向扩展；预制裂隙在间距较近处对爆生裂纹扩展影响明显，其主要体现在：切槽端部的主裂纹扩展至裂隙处与预制裂隙贯通，而在切槽根部主裂纹由于预制裂隙的存在会将应力波能反射回来，加强在炮孔周边的应力波的聚集程度，即促使切槽根部主裂纹的扩展，且导致在某些应力波叠加区域形成环状裂纹，有机玻璃试件发生拉伸破坏；不同角度的预制裂隙对裂纹扩展影响不同，预制裂隙角度较大时对裂纹扩展起促进作用。

目录

1 绪 论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 水射流切槽定向爆破机理及应力波传播规律

2.1 水射流切槽定向爆破机理

2.2 应力波在裂隙处传播

2.3 本章小结

3 不同间距平行裂隙射流切槽爆破的数值模拟研究

3.1 ANSYS/LS-DYNA软件简介

3.2计算模型

3.3 计算结果及分析

3.4本章小结

4 不同方位裂隙射流切槽爆破的实验研究

4.1实验试件及设备

4.2 实验方案及步骤

4.3 实验结果及分析

4.4 本章小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表论文

B.作者在攻读硕士期间申请发明专利情况

C.作者在攻读硕士期间参加科研项目情况