[发明专利]一种隧道聚能光面爆破周边眼参数的计算方法

权利要求书

1.一种隧道聚能光面爆破周边眼参数的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)炸药能量是沿四周均匀传递的，但由于聚能缝的存在，爆炸时释放的能量分为两部分，一部分是向孔壁四周均匀传递的能量V₁，其向四周产生四周内压P₁，其中四周内压P₁所积蓄的应变能为υ_ε1，一部分是沿着切缝出汇集的能量V₂，产生集中内压P₂，所积蓄的应变能为υ_ε2；岩壁所积蓄的应变能V_ε由下式表示：

式中：ν——岩体的泊松比；

σ₁、σ₂、σ₃——分别表示薄壁上任意点的环向应力、轴向应力以及径向应力；

E——岩体的弹性模量；

(2)假设影响因素λ，其中0≤λ≤1，影响因素λ与聚能管的材质、聚能缝宽度与长度有关，假设能量分配按下式分配：

υ_ε1＝(1-λ)υ_ε

υ_ε2＝λυ_ε

(3)四周内压P₁所积蓄的应变能为υ_ε1，集中内压P₂所积蓄的应变能为υ_ε2按下式计算：

式中，d_c——炸药直径(m)；

δ为薄壁圆筒的厚度；

(4)由四周内压P₁产生的四周荷载F₁按下式计算：

式中，α——其沿半径方向变化的一个微小角度，rad；

d_b——炮孔直径，m；

l_c——装药长度，m；

将四周荷载F₁分为两个方向的力，在x轴产生作用力和y轴产生作用力；在x轴产生作用力是作用在围岩侧对岩石的压应力，y轴产生作用力是作用于临空面侧对岩石的拉应力，对四周荷载F₁的沿y方向进行积分，求由四周荷载F₁作用岩石产生的拉应力为：

式中：E_e——周边眼间距，cm；

整理得：

式中，ρ₀——炸药密度，g/cm³；

D——炸药爆速，m/s；

l_b——炮孔长度，m；

(5)由集中内压P₂产生的集中荷载F₂按下式计算：

式中：θ——聚能缝宽所对应的圆心角，rad；

整理，得：

其拉应力用下式表示：

整理得：

在聚能管的作用下，爆炸产生的力对岩石进行切割，由四周荷载F₁、集中荷载F₂作用岩石产生的拉应力σ_y为：σ_y＝σ_y1+σ_y2；

当炸药爆炸产生的能量作用于岩石产生的拉应力大于岩石的极限抗拉强度时σ_y≥σ_p，岩石将沿受拉面破坏；从而得出关于周边眼间距E_e的破坏准则方程为：

整理后得：

2.根据权利要求1所述的隧道聚能光面爆破周边眼参数的计算方法，其特征在于，λ的边界条件是：

①当λ＝0时，聚能管的刚度为零，该情况下的爆轰产物对岩壁的作用等同于一般爆破所对岩壁的作用，聚能管对爆破产生的影响不大；即P₂＝0，P₁＝P；

②当λ＝1时，聚能管材为刚性材质，能量只往两侧聚能缝里扩散，即P₁＝0。

3.根据权利要求1所述的隧道聚能光面爆破周边眼参数的计算方法，其特征在于，根据周边眼间距得出光面层厚度W为：W＝1.25E_e。