◎试验研究◎ 受地应力影响岩石炮孔松动爆破应力场数值模拟研究 ５
受地应力影响岩石炮孑Ｌ松动爆破
应力场数值模拟研究
任庆峰宗琦 安徽理工大学土木建筑学院，安徽省淮南市，２３２００１
摘要选用合适的参数和模型，利用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ数值分析软件对受地应力影响岩石炮孔松动爆破应力场进 行模拟研究，结果表明：受地应力的影响，炮孔周围岩石中的爆炸分布、岩石质点位移、岩石的破裂等都将发生变化， 应力场强度受到了一定的制约，质点运动速度衰减得更陕，爆破裂缝的发展长度减小。 关键词地应力爆炸应力场裂隙数值模拟
中图分类号ＴＤ２３５．１ 文献标识码Ａ
１ 引 言
松动爆破是指充分利用爆破能量，使爆破对象成为裂隙发育体，不产生抛掷的一种爆破技术。目前
国内外许多爆破工作者对松动爆破技术进行了较广泛的研究和应用，主要是露天采矿等爆破工程，都取
得了较好的效果【ｌ。Ｊ。有研究资料表明［４］，在地下矿山采掘爆破工程，特别是进入深部开采，不仅重力
引起的垂直原岩应力增大，就超过Ｉ工程岩体的抗压强度（＞２０ＭＰａ），而由于工程开挖所引起的应力集中
水平则更是远大于工程岩体的强度（＞４０ＭＰａ），二者的叠合累积为高应力，在深部岩体中形成了异常的
地应力场。受其影响，岩石爆破的动态应力场将发生变化，由此引起的岩石破碎破裂过程改变。本文即
试图利用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ软件对受地应力影响时岩体炮孔松动爆破进行数值模拟，分析爆炸后炮孔 周围岩体的应力、位移的变化。
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（接上页） 吴海民．中国工业经济运行效率研究【Ｄ］．西南财经大学，２００８ 徐连仲．当前国民经济运行中应注意的几个问题及建议［Ｊ］．求知，２０１０年７月 ２０１０年中国工业经济运行报告．工业和信息化部．２０１ １年２月 李孟刚，蒋志敏．产业经济学理论发展综述ｆＪ】．中国流通经济，２００９（４）：３０—３２ 中小企业简报，信息化助推中小企业成长．２０１０，２６ ２０１ １年上半年化肥行业经济形势．工业和信息化部．２０１ １年８月
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采矿深孔爆破荷载特性数值模拟研究
作者：许君民
来源：《价值工程》2012年第28期
摘要： 采用LS—DYNA动力有限元软件对冬瓜山铜矿地下采场单段装药长度为4.5m时的爆破荷载进行数值模拟研究。由模拟结果得到的压力—时间历程曲线可以看出炸药爆炸后粉碎区边界上爆炸冲击波的压力荷载在0.35ms时达到最大值2.79GPa。爆炸过程中爆炸冲击波的压力荷载已经远远超过岩体的抗压强度，岩体产生强烈的压缩破坏。
Abstract： Using LS—DYNA dynamic finite element program， we did a study on numerical
simulation for blasting loading of single charge length of 4.5m in Donggashan Copper Mine
underground stope. From the simulation results of pressure — time process curve， it can be seen that
after explosive explosion，pressure of explosive shock wave reached to the maximum for 2.79GPa in
the 0.35ms on the smash district boundary. The pressure of explosive shock wave had been far more
than the compressive strength of rock during the process of blasting， rock produced strong
compression damage.
关键词： 深孔爆破；荷载特性；数值模拟；采矿工程
０ ０ ２ ０ ｜ Ｏ再０ｌ量 Ｉ ２ １．４ ｌ＇￥ ｌ童 器 卷 ２。奎 铀两虐甜ｌ船一５ 图２不同含水率试件应力一应变曲线 ３不同含水率试件破坏形式分析 干燥试件和含水率４％时试件的单轴压缩破 坏过程，如图３、图４所示。干燥试件加载至２００００ 步时，模型顶底端边角处发生了离散性塑性破坏， 但整体还处于弹性状态；加载至２４０００步时，原破 裂扩展、贯通形成“ｘ”形破坏带，全过程塑性破坏 区域大致呈上下对称状。含水率４％试件加载至 ２００００步时，同时具有“ｘ”形剪切破坏和柱状劈裂 破坏的趋势，但破坏面积更大；加载至２４０００步时， 破坏单元延伸和扩展形成“米”型破坏带，此时，大 多数单元体都发生破坏，破坏形式从干燥状态时 的“ｘ”形破坏向柱状劈裂形式转变。 辆雌 （ａ）２００ＯＯ步 （ｂ）２４Ｏｏｏ步 图３ 干燥试件的单轴压缩破坏过程 黜蝓 （ａ）２００００步（ｂ）２４０００步 图４含水率４％时试件的单轴压缩破坏过程 对比干燥情况可得，试件含水时的强度更低 且破坏速度更快，一方面是由于水一岩损伤作用 造成了试件力学特性的弱化，另一方面是岩石孔 隙水压降低了其有效应力，岩石抗剪强度也相应 降低，同时水压的扩容作用加剧了裂纹的劈裂扩 展过程。此外，由于试件下部水压高于上部，含水 时试件下部塑性破坏单元要稍多于上部。 ４体应变及渗透系数变化规律 以含水率４％试件为例，监测试件加载过程中 轴线中点单元体应变和渗透系数的变化情况，见 图５、图６。
毛ｌ Ｏ．Ｚ ０．４ ０庵０ 嚣ｌ， １．４ Ｉ ６玉｝８ ２ｒ０ ２ ２ ｛ｌ蠹渤皮变／ｌＯｅｂ３ 图５含水率４％试件监测点体应变曲线 在匀速加载过程中，轴压的作用造成测点单 单元体应变类似，前期轴压的作用使岩样的孔隙、 元体积持续减小，经过峰值点后试件急剧膨胀直 微裂隙压缩闭合，测点渗透系数持续降低，当轴向 至破坏，单元体积迅速膨胀并在试件降至残余强 压力达到一定值后，试样发生压裂破坏，试件微裂 度时回到稳定值。 隙逐渐相互贯通，相应的渗透系数逐渐回升至某 单轴压缩过程中试件渗透系数的变化规律与 一值后达到稳定。 ｌ３９ 协 蚺 ｎ 坤 ＃ 蠢 毒 墨楼
岩石爆破过碎问题数值模拟研究
摘要：为了解决某爆破施工过程中岩石过碎的问题，基于现场爆破参数，运用LS-DYNA显式非线性动力分析有限元程序建立有限元模型，对爆破施工作数值模拟，对比分析了孔距为3m和4m的爆破应力作用范围和各测点主应力峰值，为爆破施工确定合理的孔距提供了理论依据。
关键词：数值模拟；主应力；土石方爆破；爆破参数
某大型土石方平整场地爆破工程位于贵州省遵义市，随着爆破施工的推进，发现爆破岩石过于粉碎，对炸药造成很大的浪费，由于岩石过于粉碎但破碎范围较小，铲装效率受到很大影响，严重影响施工进度，爆破施工采用3m×3m孔网参数，为了确定更合理的爆破参数，基于LS-DYNA显式非线性动力分析有限元程序，在现实的爆破参数基础上作数值模拟，对影响爆破范围的主要因素爆破最大主应力进行分析。
1数值模拟分析
LS-DYNA中，MAT_PLASTIC_KINEMATIC选项卡可以用来模拟爆破荷载下岩石的本构关系，此材料模型考虑了岩石介质材料的弹塑性性质，并且能够对材料的强化效应（随动强化和各向同性强化）和应变率变化效应加以描述，同时带有失效应变。LS-DYNA中内嵌有高能炸药材料*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN，该材料类型可以用来模拟炸药的爆轰过程。通过JWL状态方程，并设置炸药的起爆点和起爆时间，在程序中可实现对炸药爆轰过程的模拟。JWL状态方程一般表现为如下形式：
P=A(1-■)e-R1V+B(1-■)e-R2V+■
式中：A，B，R1，R2，ω为常数，E0单位体积内能，V相对体积。为了模拟爆破所引起的破碎范围主应力，利用了LS-DNYA程序可以直接模拟高能炸药的爆炸过程功能。通过炮孔内爆轰模拟及爆轰产物与孔壁的相互作用确定爆炸荷载。文章数值计算中2号岩石乳化炸药的具体参数为：炸药密度为950 kg/m3，状态方程中A=47.6e9，B=0.529e9，R1=3.5，R2=0.9，ω=0.3，E0=4.5e9，炸药的爆轰速度为3600 m/s，计算中所取岩石力学参数如表1所示。
