一种高寒岩体爆破优化方法

本发明涉及爆破，具体为一种高寒岩体爆破优化方法。

背景技术：

1、在高寒高海拔地区进行爆破作业，面临着恶劣气候条件：低温、低压和昼夜温差大等自然条件对施工人员的安全、设备性能和爆破器材的稳定性都会产生不利影响；冻融循环问题：冻土的存在使得爆破效率降低，大块率提高，同时也增加了地下水结冰的风险；生态脆弱性：高寒地区的生态系统较为脆弱，爆破作业需要尽量减少对周围环境的影响；边坡稳定性要求：露天矿区安全生产的严格要求，对永久边坡的稳定性提出了更高的标准，这要求爆破技术能够精准控制，以保持开挖边界的完整性和稳定性。

2、因此，针对这些难点，本发明利用ls-dyna软件结合数值模拟分析，对高寒地区进行地下岩体的节理、冻岩爆破性研究。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种高寒岩体爆破优化方法，利用ls-dyna软件结合数值模拟分析，得到最佳的炸药单耗以及布孔和起爆方式，设计了高寒环境下地下岩体的爆破参数，从而优化了爆破效果。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高寒岩体爆破优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、步骤1、将岩体节理按长度及其与炮孔的相对位置划分；

5、步骤2、建立无限长节理(infinite joint)、半无限长节理(semiinfinite joint)和局部短节理(local short joint)三种节理爆破几何模型；

6、步骤3、利用ls-dyna软件对不同静应力作用下含节理花岗岩爆破过程进行模拟；

7、步骤4、对数值模拟结果进行分析；

8、步骤5、综合分析结果，从而得到最佳的炸药单耗以及布孔和起爆方式。

9、进一步的，在步骤1中，将节理按长度及其与炮孔的相对位置划分为三种：当节理长度远大于炮孔直径，爆破过程中节理两端部均不出现翼裂纹的节理为无限长节理；当节理长度远大于炮孔直径，爆破过程中节理一端出现翼裂纹，而另一端不出现的节理为半无限节理；节理长与炮孔直径为同一数量级，两端均出现翼裂纹的节理为短节理。

10、进一步地，在步骤2中，模型左侧、底侧采用位移约束，模型右侧施加垂直节理面的静应力σ0；模型四周边界均施加无反射边界条件，消除人为边界反射波对结构动响应的影响。

11、进一步地，在步骤3中，在所建立模型的基础上，利用ls-dyna软件对不同静应力作用下含节理花岗岩爆破过程进行模拟，主要分析研究节理长度和相对位置、岩体内初应力对爆破效果的影响；

12、ls-dyna软件可以模拟tnt炸药在花岗岩中的爆破过程，其状态方程为：

13、p＝f·peos (1)

14、

15、

16、式中：p为爆炸压力；f为炸药化学能释放率；d为炸药爆速；aemax和ve分别为炸药最大横截面积和体积；t、t1分别为当前时间和炸药内一点的起爆时间；peos为炸药的爆轰压；v为相对体积；peos是爆轰产物的气体压强；a,b,r1,r2以及ω都是材料常数，通过试验拟合得到；ρ为密度；e为内能；

17、岩体材料模型采用双线性随动硬化模型作为岩体的弹塑性屈服模型，屈服应力σy与应变率的关系(式4)：

18、

19、

20、式中：σy0——为初始屈服应力；——为应变率；c和p——为cowper-symonds应变率参数，对于花岗岩取c＝2.5m-1和p＝4.0；β——为硬化参数0≤β≤1；ep——为弹性模量；etan——为切线模量；——为岩体有效塑性应变，由式(6)给出：

21、

22、式中：tp——为发生塑性应变累计时间。

23、进一步地，在步骤4中，对数值模拟结果分别进行半无限节理节理面反射及端部效应分析、节理与炮孔间距对爆破裂纹扩展影响分析、静应力对爆破裂纹扩展影响分析、节理端部衍生翼裂纹扩展特性分析。

24、具体的，根据分析，可以得到：节理裂隙对爆破效果的影响超过了岩体本身的物理力学性质；节理裂隙将岩体分裂成尺寸不一的天然岩块，影响爆破后块度分布；爆破块度的控制随着节理裂隙发育程度增大而变得很难实现。

25、进一步地，在步骤5中，综合分析结果，选取合适炸药、孔径、炸药单耗、爆破方向、起爆网路等，可使爆破后大块率低，底板较平整，能够取得良好的爆破效果。

26、本发明的有益效果在于：本发明利用ls-dyna软件结合数值模拟分析，得到最佳的炸药单耗以及布孔和起爆方式，设计了高寒环境下地下岩体的爆破参数，从而优化了爆破效果。

技术特征：

1.一种高寒岩体爆破优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高寒岩体爆破优化方法，其特征在于：在步骤1中，将节理按长度及其与炮孔的相对位置划分为三种：当节理长度远大于炮孔直径，爆破过程中节理两端部均不出现翼裂纹的节理为无限长节理；当节理长度远大于炮孔直径，爆破过程中节理一端出现翼裂纹，而另一端不出现的节理为半无限节理；节理长与炮孔直径为同一数量级，两端均出现翼裂纹的节理为短节理。

3.根据权利要求2所述的一种高寒岩体爆破优化方法，其特征在于：在步骤2中，模型左侧、底侧采用位移约束，模型右侧施加垂直节理面的静应力σ0；模型四周边界均施加无反射边界条件，消除人为边界反射波对结构动响应的影响。

4.根据权利要求3所述的一种高寒岩体爆破优化方法，其特征在于：在步骤3中，在所建立模型的基础上，利用ls-dyna软件对不同静应力作用下含节理花岗岩爆破过程进行模拟，主要分析研究节理长度和相对位置、岩体内初应力对爆破效果的影响；

5.根据权利要求4所述的一种高寒岩体爆破优化方法，其特征在于：在步骤4中，对数值模拟结果分别进行半无限节理节理面反射及端部效应分析、节理与炮孔间距对爆破裂纹扩展影响分析、静应力对爆破裂纹扩展影响分析、节理端部衍生翼裂纹扩展特性分析。

6.根据权利要求5所述的一种高寒岩体爆破优化方法，其特征在于：根据分析，可以得到：节理裂隙对爆破效果的影响超过了岩体本身的物理力学性质；节理裂隙将岩体分裂成尺寸不一的天然岩块，影响爆破后块度分布；爆破块度的控制随着节理裂隙发育程度增大而变得很难实现。

7.根据权利要求6所述的一种高寒岩体爆破优化方法，其特征在于：在步骤5中，综合分析结果，选取合适炸药、孔径、炸药单耗、爆破方向、起爆网路等，可使爆破后大块率低，底板较平整，能够取得良好的爆破效果。

技术总结本发明涉及爆破技术领域，具体为一种高寒岩体爆破优化方法,包括如下步骤：步骤1、将岩体节理按长度及其与炮孔的相对位置划分；步骤2、建立无限长节理(Infinite joint)、半无限长节理(Semi infinite joint)和局部短节理(Local short joint)三种节理爆破几何模型；步骤3、利用LS‑DYNA软件对不同静应力作用下含节理花岗岩爆破过程进行模拟；步骤4、对数值模拟结果进行分析；步骤5、综合分析结果，从而得到最佳的炸药单耗以及布孔和起爆方式。本发明的有益效果在于：本发明利用LS‑DYNA软件结合数值模拟分析，得到最佳的炸药单耗以及布孔和起爆方式，设计了高寒环境下地下岩体的爆破参数，从而优化了爆破效果。技术研发人员：江松,李小普,崔智翔,李研博,张立杰,顾清华,张存良,李小双,程平,饶彬舰,何润丰,李萌受保护的技术使用者：西安建筑科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11