岩石时效损伤模型及其在工程爆破中应用

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工程爆破中岩石时效损伤模型及其应用摘要：随着我国经济社会的发展，我国对于基础设施的需求在不断增加。

在开展基础设施建设的过程中需要对建设场地进行相应的工程爆破，这样才能够为工程的建设提供更好的场地，更好地满足工程建设的需要。

在开展工爆破的过程中要对岩石的整体情况进行充分的了解，这样才能够为炸药的应用提供重要的借鉴意义。

在开展工程爆破的过程中，通过对岩石时效模型的应用能够达到更好的爆破效果。

本文在开展研究的过程中主要对工程爆破中岩石时效损伤模型及其应用进行分析，为爆破质量和安全性的提升提供借鉴和帮助。

关键词：工程爆破；岩石时效损伤模型；探讨及应用在我国经济社会发展的过程中，基础设施发挥着十分重要的价值和作用，在开展基础设施建设的过程中需要对地面、山体等进行爆破，这样才能够更好地开展建设工作，达到相应的建设效果，完成建设的整体目标。

在开展工程爆破的过程中近年来正在朝向智能化爆破的方向发展，要想完成爆破的智能化和保证爆破的质量和安全性应当对岩石时效损伤模型进行建立，这样能够对整个爆破过程进行清晰、有效的了解，更加方便开展相应的爆破工作。

由此可见，本文对工程爆破中岩石时效损伤模型及其运用进行分析和研究具有十分重要的价值和意义。

1.岩石时效损伤模型概述1.1岩石时效损伤模型的定义岩石时效损伤模型是指在工程爆破的过程中对于岩石的损伤运用相应的模型进行模拟，采用岩石损伤模型能够保证工程爆破质量的提升，能够提升岩石爆破的安全性。

在工程爆破的设计阶段通过相应的数值和模型对于爆破诱发的损伤及其整体范围进行初步掌握具有重要意义，其中建立合理的岩石爆破损伤民兴是提升爆破质量和安全性的关键。

1.2岩石时效损伤模型的应用价值爆破过程中岩石的模型具有十分重要的应用价值，是整个研究工作和破碎机理研究过程中的核心，也是技术研究和参数优化设计研究的重要理论基础。

目前主要采用的岩石时效损伤模型主要有两种，一种是弹塑性理论模型和流体弹塑性模型，其中弹塑性理论模型的运用较为广泛，因为其在运用的过程中较为简便，对于相应数据和信息的分析十分准确，能够对整个爆破过程中进行准确有效的模拟。

分层一次爆破成井精确延时爆破参数研究
李祥龙;颜世骞;王建国;姚永鑫;黄原明
【期刊名称】《高压物理学报》
【年(卷),期】2024(38)2
【摘要】为了研究精确延时微差起爆对一次成井分层爆破效果的影响,理论计算了层内孔间微差时间,利用LS-DYNA软件,采用JH-2岩石模型,模拟了大直径深孔一次成井爆破中的精确延时分层起爆,分析了井筒岩石的损伤演化过程,试验验证了延期时间参数。

结果表明,层间采用18 ms延期时间时,爆破效果最佳。

结合理论分析和数值模拟结果确定了一次成井的延期时间方案。

井筒的成形大致相似,其特征截面面积相似度在83.4%~96.6%之间。

通过理论分析、数值模拟和现场试验获得了一次爆破成井工程的精确延时微差分层爆破方法,具有实际应用价值。

【总页数】13页(P173-185)
【作者】李祥龙;颜世骞;王建国;姚永鑫;黄原明
【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院;云南省教育厅爆破新技术工程研究中心;玉溪矿业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】O346.1;TD26
【相关文献】
1.爆破漏斗试验在一次爆破成井中的应用研究
2.精确短延时爆破成井延期时间研究
3.精确短延时爆破成井分层爆破参数研究
4.精确短延时球状药包爆破成井技术研究与应用
5.深孔一次爆破成井技术的研究与应用
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爆破作用下冻结岩壁损伤评价的模型试验研究
作者：单仁亮， 宋立伟， 白瑶， 宋永威， 李仲力， 魏龙飞， 曹建洋， SHAN Renliang， SONG Liwei，BAI Yao， SONG Yongwei， LI Zhongli， WEI Longfei， CAO Jianyang
作者单位：单仁亮,SHAN Renliang(中国矿业大学力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083)， 宋立伟,SONG Liwei(中国矿业大学力学与建筑工程学院,北京
100083;中冶天工集团有限公司,天津300308)， 白瑶,宋永威,李仲力,魏龙飞,曹建洋,BAI Yao,SONG
Yongwei,LI Zhongli,WEI Longfei,CAO Jianyang(中国矿业大学力学与建筑工程学院,北京,100083)
刊名：
岩石力学与工程学报
英文刊名：Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
年，卷(期)：2014,33(10)
引用本文格式：单仁亮.宋立伟.白瑶.宋永威.李仲力.魏龙飞.曹建洋.SHAN Renliang.SONG Liwei.BAI Yao.SONG Yongwei.LI Zhongli.WEI Longfei.CAO Jianyang爆破作用下冻结岩壁损伤评价的模型试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2014(10)。

谈谈岩石爆破损伤模型研究岩石开挖过程涉及到岩石力学、爆炸力学、工程爆破及损伤力学等多个领域，其中关键问题是爆破损伤控制，它在建立岩石稳定性先关分析方法和设计岩体爆破理论等方面具有指导意义。

同时在保障矿山开采安全和提高社会经济效益方面也具有重要作用。

因此有必要对岩石爆破损伤模型研究中存在的几个问题进行探讨。

一、岩石爆破损伤模型研究现状要想研究岩石爆破损伤机理和过程，必须对岩石爆破损伤模型进行研究，岩石爆破损伤模型在爆破参数设计优化和爆破技术研究方面起着重要作用。

目前岩石爆破损伤模型应用比较广泛的有两种模型，一种是流体弹塑性模型，另一种是弹塑性理论模型。

这两种模型之所以在该领域得到广泛应用，主要是因为其实用性强，模型清晰，且在很多情况下这种模型可以对岩石爆破机理做出合理解释，这种解释正是研究者们所需要的。

比如在处理高围压等爆破问题时，就可选择流体弹塑性模型对其进行研究。

在岩石爆破损伤模型研究进程中，断裂力学相关理论为其提供了必要的依据。

岩石爆破损伤模型研究重点在于从宏观层面出发，着重研究裂纹集合力学效应，而不对单个裂纹力学则不进行研究，这也是它的一个比较突出的特点。

因此，这种模型能更好的为岩石爆破破碎和岩石介质相关研究提供有力支撑。

另外岩石爆破损伤模型还有另外一个比较突出的特点，就是大部分岩石弹塑性模型可以运用到未受损的爆破岩石中，并且为其提供必要的试验参数和研究结果，在模型的模拟过程中，运用数值模拟技术可以模拟包括爆炸传播、岩石介质应力、介质运动等在内的爆炸损伤全过程。

就目前岩石岩石损伤模型应用情况看，其研究主要朝岩石破碎和岩石断裂理论为基础的方向发展，具体来说，这两个研究方向分别为岩体微观爆破损伤模型和岩体断裂爆破损伤模型。

其中岩体微观爆破损伤模型是以损伤系数增加值或裂纹密度为依据，而另一种爆破损伤模型是以岩体裂纹开裂扩展为依据。

这两种损伤模型建立之前，应用最多的是Grady模型，应该说岩体微观爆破损伤模型和岩体断裂爆破损伤模型是在Grady模型基础上发展起来的。

第25卷 第6期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.62006年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ，2006收稿日期：2005–01–17；修回日期：2005–03–23基金项目：湖北省教育厅重点项目(D200504)；湖北省水电工程施工与管理重点实验室(三峡大学)项目(HEF200405)；重庆交通学院结构工程实验室项目(20040005)作者简介：姚金阶(1968–)，男，博士，2005年于武汉大学岩土工程专业获博士学位，主要从事力学和岩土爆破工程方面的教学与研究工作。

E-mail ：yaojinjie111@岩体爆破的损伤统计演化理论模型姚金阶1，朱以文2，袁子厚3，文 尉4(1. 三峡大学 土木水电学院，湖北 宜昌 443002；2. 武汉大学 土木建筑工程学院，湖北 武汉，430072；3. 武汉科技学院 数理系，湖北 武汉 430073；4. 湖北宜昌岩松爆破公司，湖北 宜昌 443000)摘要：将实际爆破工程中的岩石爆破作为岩体工程的范畴，讨论岩体爆破的一般特点，并从岩体初始结构弱面的统计特性和爆破后的块度分布特征出发定义一种新的岩体损伤变量。

将损伤变量与裂隙的分形维数相联系，构造一种岩体爆破统计损伤的演化理论模型。

这种损伤量的定义满足完整岩石的损伤值为0，爆破以后岩体的损伤值为1。

通过对该模型的初步计算分析表明，此模型具有清晰简明的特点和一定的实际应用价值。

关键词：岩石力学；岩体爆破；损伤；演化模型中图分类号：TU 457 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)06–1106–05A THEORETICAL EVOLVING MODEL OF ROCK MASSBLASTING WITH STATISTICAL DAMAGEYAO Jinjie 1，ZHU Yiwen 2，YUAN Zihou 3，WEN Wei 4(1. College of Civil and Hydropower Engineering ，China Three Gorges University ，Yichang ，Hubei 443002，China ；2. School of Civil and Architectural Engineering ，Wuhan University ，Wuhan ，Hubei 430072，China ；3. Department of Mathematics and Physics ，Wuhan University of Science and Engineering ，Wuhan ，Hubei 430073，China ；4. Yichang Yansong Blasting Company ，Yichang ，Hubei 443000，China )Abstract ：The practical blasting engineering is considered as rock mass engineering ，and the general characteristics of rock mass blasting are discussed. There are various discontinuous joints and fissures in rock mass which have statistical characteristics ，so the distribution parameter can be measured. The damage parameter is defined as the ratio of the area of fragmentation after blasting divided by the area of all sections. The definition meets the requirement that the damage of intact rock is 0 and is 1 after blasting. The rock fragmentation has fractal character and has relation between damage parameter and fractal dimension. So the evolvement equation can be established. The numerical calculation of the statistical damage model indicates that this model is clear in theory and applicable in practical engineering.Key words ：rock mechanics ；rock mass blasting ；damage ；evolving model1 引 言岩体工程的概念自提出以来，近年来受到较大关注，并逐步被越来越多的人们认可[1]，实际上各种工程中的岩石爆破也应该是岩体爆破工程，作者认为可以归于岩体工程的范畴。

岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析黄佑鹏;王志亮;毕程程【摘要】为了研究岩石爆破损伤范围及损伤分布规律,基于LS-DYNA软件,采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)材料模型,探究了石灰岩爆破损伤范围随径向不耦合系数K增大的变化关系,接着对比分析了石灰岩、凝灰岩和花岗斑岩的爆破损伤分布规律,并用Logistic函数模型对损伤演化过程进行表征.结果表明:HJC模型在岩石爆破损伤模拟中具有很好的适用性;随着不耦合系数的增大,损伤半径与炮孔半径之比呈先快后慢的减小趋势;不同岩石的爆破损伤均呈反\"S\"形曲线衰减,但损伤分布特征存在一定差异性,石灰岩和凝灰岩的压碎区范围较大,与裂隙区界线清晰,而花岗斑岩压碎区范围较小,与裂隙区界线不明显.研究结果可为实际工程中爆破损伤的评估与控制提供一定参考.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】8页(P95-102)【关键词】岩石;单孔爆破;损伤演化;HJC模型;数值模拟【作者】黄佑鹏;王志亮;毕程程【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院, 安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院, 安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院, 安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TU45爆破开挖在隧道掘进和煤岩开采等诸多方面应用普遍，具有快速高效的优点。

炸药爆炸一般在极短时间内产生很高压力，通过应力波和爆生气体综合作用使岩石发生破碎[1]。

由于炸药性能、装药结构、介质性质、地质条件等因素的复杂性，爆破效果可控性不高，容易产生不利影响，如爆炸波对预保留岩石的损伤效应会降低施工质量，影响工程安全。

因此，为了合理分析和有效控制岩石动态损伤，必须对岩石爆破问题进行深入研究。

岩石爆破损伤指的是爆炸荷载作用下岩石的破坏效应，即岩石的压碎和开裂。

通常采用变量D来描述损伤程度，D=1表示岩石完全压碎，D=0表示岩石完整。

隧道开挖中的现代爆破理论与技术摘要：隧道和地下工程在国民经济建设中有着重要的作用。

无论是铁道、交通、水利、水电、矿山等均少不了它。

随着国家建设事业的迅速发展,隧道工程建设越来越需要解决多快好省的问题。

为此,除配备先进的机械设备外,还要解决隧道现代爆破技术问题。

爆破开挖是建设隧道的第一道工序,它的成败与好坏直接影响到围岩的稳定,以及后续工序的正常进行和施工速度,因此,隧道爆破是隧道建设的非常重要的组成邵分。

关键词：岩石爆破爆破机理隧道地下工程本构模型引言：虽然我国也在引进掘进机,但是根据我国的国情,钻爆法与掘进机在相当长的时间里将同时并举。

而且,在岩石隧道掘进机及高压射水等新的岩石开挖技术进一步发展的同时,隧道爆破技术也会随着岩石爆破技术的进步而不断改进。

钻爆法由于对地质条件适应性强,开挖成本低。

因而特别在坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道掘进中及大量的短隧道施工中,即使将来掘进机在技术上更完善了以后,也仍会是主要的施工方法。

1岩石爆破的本构模型当前的相关研究主要在两方面展开,一是追求普遍适用于各种爆破计算和分析、旨在建立相关计算模型的理论研究一是结合一定工程实践,适用于一定范围的具体工程设计和参数优化的实验研究。

在理论研究方面,从岩石破碎研究的发展历程来看,可将其分为弹性理论阶段、断裂理论阶段、损伤理论阶段和分形损伤理论个阶段。

1.1弹性理论阶段弹性力学模型将岩石视为各向同性的均质、连续的弹性体,岩石在爆炸荷载下的破坏是因其内部最大应力超过岩石应力极限引起的[1]。

在破碎之前,岩石处于弹性状态。

这种理论以弹性力学及有限元方法为基础,运用现代计算机技术可方便的简化工程问题、建立力学模型并加以分析计算。

由于这种理论模型不考虑岩石的材料缺陷,其理论基础与实际情况有一定的差距。

1.2断裂理论阶段随着断裂力学的发展和岩石断裂理论研究的深入,岩石中裂纹扩展及断裂破坏问题也被引入了爆破理论研究领域[2]。

断裂理论模型中具有代表性的有BCM模型和NAG-FRAG模型。

围岩劈裂时效力学模型及数值模拟研究开题报告一、选题背景在工程领域中，岩石的围岩劈裂是一种常见的现象，在采矿、地质、水利等领域都有广泛应用。

岩石的劈裂现象与地质构造、风化作用、地震活动等因素密切相关，对地下工程的设计和安全评估具有重要的意义。

针对围岩劈裂问题，早期主要着重于研究其力学机制和基本规律。

然而，针对不同的实际应用场景，需要建立相应的围岩劈裂时效力学模型，以支持工程设计和安全评估。

二、主要研究内容本课题旨在研究围岩劈裂时效力学模型，包括力学机制及其基本规律，数学模型建立及求解方法等。

其中，主要的研究内容包括：1. 围岩劈裂的力学机制及规律分析：分析围岩劈裂的基本力学原理、岩石物理性质等因素对围岩劈裂的影响，并通过实验方法验证研究结果。

2. 围岩劈裂的时效力学模型建立：结合实际应用场景，建立围岩劈裂的数学模型，并研究其时间效应规律，以预测岩石劈裂的变化趋势。

3. 数值模拟及优化方法：采用数值模拟方法，验证围岩劈裂时效力学模型的有效性，并对模型进行优化，使其更加符合实际工程应用需求。

三、预期成果本课题的预期成果包括：1. 能够深入探讨围岩劈裂的力学机制及规律，系统总结影响围岩劈裂的关键因素，为后续应用提供理论依据。

2. 建立符合不同工程应用场景需求的围岩劈裂时效力学模型，为工程设计和安全评估提供参考。

3. 通过数值模拟验证围岩劈裂时效力学模型的有效性，并对模型进行优化，使其更加适用于实际工程应用。

四、研究难点本项目的研究难点主要包括：1. 围岩劈裂的力学机制及规律较为复杂，需要综合考虑多种因素的影响，如地质构造、岩石物理性质等。

2. 围岩劈裂的时效性较强，需要建立相应的时效力学模型，以预测其变化趋势。

3. 围岩劈裂的数值模拟需要综合考虑多种因素的影响，如岩石初始状态、加载方式等。

五、研究方法本研究采用的主要方法包括实验法、理论分析与数值模拟。

其中，实验法用于验证围岩劈裂的力学机制，理论分析用于建立围岩劈裂的时效力学模型，数值模拟用于验证模型的有效性，并进行优化。

第22卷第2期岩石力学与工程学报22(2)：342～342 2003年2月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2003岩石含损伤本构模型和地下爆炸效应研究刘文韬(中国科学技术大学工程力学与机械工程系合肥 230026)博士学位论文摘要通过对岩石变形和破坏机理的深入研究，建立了岩石类材料宏观、细观相结合的含损伤本构模型，并在此基础上开展地下爆炸效应和波传播规律的研究，分析了本构模型及其参数对地下强爆炸引起的岩石动力响应和爆炸波传播规律的影响，为提高准确预测地下岩石中强爆炸激发的地震震源的能力提供合适的计算方法和理论依据。

首先对岩石类脆性材料本构模型和地下爆炸效应的研究进展进行了较为全面、系统的回顾和总结，对现有的各种动态损伤模型进行了比较和评述，并对当前的研究热点及趋势作了讨论。

在此基础上，得到了解决本课题理论难点的思路和方法。

采用Taylor方法，对Margolin的理论进行改进，考虑了不同应力状态下微裂纹的张开、闭合及裂纹面摩擦对裂纹体材料性质的影响，获得了轴对称应力条件下考虑摩擦的附加应变的各种解析表达式。

针对工程需要进行简化，得到了不同应力状态下的有效模量，建立了含微裂纹损伤的本构模型。

通过数值计算，研究了不同的应力状态、围压以及微裂纹面上的摩擦对材料力学性能的影响，得出一些有意义的结果和规律。

以热力学理论和本构理论为基础，计入了微孔洞和微裂纹对材料力学性能的影响，建立了一种改进的岩石类材料含损伤弹性本构模型：首次从热力学势函数和微裂纹统计平均方法出发，提出了同时考虑微孔洞和微裂纹影响的增量型应力-应变关系；基于实验结果，针对岩石硬化、软化和破坏等不同阶段的细观损伤机理和宏观变形特点，给出了具有不同函数形式的屈服面表达式；采用非相关流动法则，对Rubin模型加以简化并结合Griffith准则，分别建立了岩石类材料的塑性流动律以及微孔洞和微裂纹损伤的演化律。

岩石系数A值在预测爆破块度分布中的应用周辉;罗伟;王学兵;彭爱全【摘要】针对工程要求的多种规格石料级配开采难题,以新疆阿尔塔什水电站的排水料开采为工程背景,采用现场调研、模型预测、参数修正和实验验证等方法,研究了岩石系数A值在预测爆破岩石块度分布中的应用.实验结果表明:通过采用基于实验确定岩石系数A值的Kuz-Ram模型得到的爆破块度预测曲线与实际筛分结果更加接近,相关性更高,比传统的经验取值更准确、有效和可靠;排水料碾压前后的级配对比实验表明,用修正A值指导阿尔塔什水电站排水料的爆破开采是可行且有效的.【期刊名称】《工程爆破》【年(卷),期】2018(024)004【总页数】6页(P19-24)【关键词】爆破工程;岩石系数;预测块度;Kuz-Ram数学模型【作者】周辉;罗伟;王学兵;彭爱全【作者单位】中国核工业华兴建设有限公司 ,南京 210000;中国核工业华兴建设有限公司 ,南京 210000;中国核工业华兴建设有限公司 ,南京 210000;中国核工业华兴建设有限公司 ,南京 210000【正文语种】中文【中图分类】TV542随着我国水利水电建设事业蓬勃发展，越来越多的高坝大库采用堆石坝筑造方式，堆石料的用量往往一般可达数百万至千万立方[1-2]。

这些工程对石料的规格要求不一，有些工程对石料的规格要求甚至有十几种，而石料主要依靠爆破开采获得。

国内外许多工程都对此进行了大量的工程实践。

于涛等[3]系统阐述了爆破技术在水利水电工程堆石坝石料开采中的应用。

文献[4-6]针对不同工程堆石料爆破开采技术进行了总结，积累了丰富的工程经验和应用成果。

阿尔塔什水电站需采用爆破法开采300万m3级配要求高的排水料，料场地质条件复杂，爆破器材可选性差，爆破开采难度极大。

因此利用Kuz-Ram模型预测岩石块度分布，根据部分生产性实验的筛分结果反算来修正岩石系数A值。

同时比较经验估算A值与修正的A值预测模型的准确性，然后采用修正岩石系数A值指导爆破石料开采，并对开采料经碾压后的级配变化情况进行研究。

安徽建筑中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-7359（2024）3-0119-02DOI:10.16330/ki.1007-7359.2024.3.0421前言工程爆破技术是指利用炸药爆炸释放的能量对岩石等材料实施破坏以实现特定工程目的，凭借其工艺简单、适应性强以及投入低的优势，被广泛应用于各类矿山基建工程。

考虑到工程爆破技术在工程中的普遍应用，在许多高校的弹爆工程、采矿工程以及土木工程等应用型工科专业，工程爆破作为一门专业核心课程被广泛开设。

工程爆破的课程内容不仅包含炸药爆破基本原理，还包括露天爆破、地下爆破以及拆除爆破等施工工艺，作为一门理论与实践紧密联系的课程，其教学过程存在着较大的难度和挑战[1]。

在以往的工程爆破教学过程中，主要是利用板书和多媒体课件展示一些文字、公式和图片讲解爆破机理和爆破工艺，缺少爆破过程与爆破细节的展示，教学过程枯燥乏味，不利于学生对爆破机理和爆破工艺的理解和掌握，影响学生的学习积极性和教学效果[2]。

如何在教学过程中充分激发学生的学习兴趣与学习热情，并使学生能够深刻理解和牢固掌握专业知识，有效达到课程的教学目的和培养目标，是工程爆破课程教学中亟待解决的问题。

近年来，数值模拟在工程领域内得到了很大发展，尤其是在解决工程爆破相关问题方面，其优势在于能够实现爆破历程的动态可视[3]。

不过，目前数值模拟主要是用于爆破机理和爆破工艺的探索与研发，在工程爆破课程教学中应用很少。

为了更加有效地达到工程爆破课程的教学目的和培养目标，本研究提出将数值模拟技术应用到工程爆破课程教学中。

首先，选取合适的爆破案例开展数值模拟，充分展示其建模过程和模拟结果；然后，将模拟结果结合到对应章节的课程教学中，分析数值模拟的教学应用效果，阐明数值模拟技术如何在工程爆破课程教学中发挥作用。

2岩巷掘进爆破数值模拟本研究选取的案例是岩巷掘进爆破，在此案例中数值模拟在LS-DYNA 程序中进行，该程序的基本情况和发展历程等在现有文献中已经详细论述[4]。