大孔径小台阶松动爆破关键技术研究与应用

摘要

保护层由于靠近非爆破区，且厚度小，一般采用浅孔爆破方法开挖，但是需要钻孔的数量比较多，工作量大，不能保证工期的顺利实现。采用大孔径小台阶松动爆破方法来开挖保护层，由于炮孔孔径大，单孔装药量较多，可以负担的面积大，因此对于推进工期、加快工程进度有积极的作用。由于单孔装药量多，炸药爆炸时对保留岩体会产生一定程度的损伤。如何解决大孔径小台阶松动爆破对孔底岩体的损伤，是推广应用大孔径小台阶松动爆破技术的关键。在本文中，笔者依托山东某核电站基坑开挖项目，针对工程应用的实际需要，对大孔径小台阶松动爆破的装药结构进行了研究和优化，提出在保护层开挖中，将孔底空气间隔装药结构运用到大孔径小台阶松动爆破中，一方面能够使得一次爆破开挖量加大，另一方面能够起到保护保留岩体稳定性的作用。
　　本文主要通过理论分析、数值计算、数值模拟和现场实验对孔底空气间隔装药结构的大孔径小台阶松动爆破进行了研究，主要内容如下：
　　（1）通过理论分析，阐明了孔底空气间隔装药对周围岩石的破坏机理；经由数值计算，得出了孔底岩石破坏范围的计算方法，并计算了论文所设不同条件下的孔底岩石破坏范围。
　　（2）通过运用 ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件进行数值模拟，对比了连续耦合装药和孔底空气间隔装药时孔底岩石所受到的有效应力，证明了后者能够在一定程度上保护孔底岩石稳定性；按照理论计算中采用的大孔径小台阶松动爆破参数及孔底空气柱相关参数建立模型，模拟出来的孔底岩石损伤范围与理论计算结果相差不大，表明了孔底岩石破坏范围理论计算公式具有合理性。
　　（3）在山东某核电站项目部，按照理论计算和数值模拟中采用的爆破参数进行现场实验，实验结果证明采用大孔径小台阶松动爆破来开挖保护层岩体能够加快工程进度，运用孔底空气间隔不耦合装药能够很好的保护建基面的稳定性。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3研究目标与研究内容

1.4 技术路线

第二章 大孔径小台阶松动爆破机理分析

2.1 岩石破碎过程和特点

2.2大孔径小台阶松动爆破模型

2.3 装药结构的选择

2.4 孔底空气间隔装药技术分析

2.5 本章小结

第三章 大孔径小台阶松动爆破孔底合理空气间隔长度研究

3.1孔壁压力计算

3.2孔底岩石破坏范围计算

3.3孔底空气间隔装药结构中空气柱长度计算

3.4小结

第四章大孔径小台阶松动爆破数值模拟

4.1ANSYS/LS-DYNA软件简介

4.2 LS_DYNA模拟爆破算法的选取

4.3岩石的屈服条件

4.4孔底空气间隔装药结构与连续耦合装药爆破数值模拟对比

4.5孔底空气间隔不耦合装药数值模拟

4.6小结

第五章 工程应用实例

5.1 工程概况

5.2 爆破实验参数

5.3 爆破实验效果

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

硕士研究生期间所取成果