[发明专利]一种岩石双轴压缩爆破设计方法

权利要求书

1.一种岩石双轴压缩爆破设计方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

步骤S1：获取岩石的基本力学参数；

步骤S2：在双轴压缩条件下的柱面爆炸波传播过程中，对炮孔的动态力学响应进行理论建模；

步骤S3：在平面应变与平面应力条件下的岩体受到均布水平围压P_x与竖直围压P_y作用时，利用经典的Kirsch方法计算炮孔周边的静态应力分布；

步骤S4：在平面应变条件下且炮孔内壁在受到爆炸载荷作用时，采用拉普拉斯变换法求解炮孔的动态响应；

步骤S5：基于平面应变条件下炮孔的动态响应计算结果，通过替换岩石的杨氏弹性模量E和泊松比ν，可得到平面应力条件下炮孔的动态响应；

步骤S6：将计算获得的炮孔周边的静态应力分布与炮孔爆炸动态响应叠加，并将相应的应力状态投影至应力不变量空间中，绘制不同动静组合加载条件下炮孔周围任一单元的爆炸加载路径；

步骤S7：根据岩石三轴压缩实验数据和拉伸试验数据确定岩石屈服函数，将其绘制于应力不变量空间中；

步骤S8：判断应力不变量空间中的单元的爆炸加载路径是否达到岩石屈服函数；若否，则进入步骤S9；若是，则进入步骤S10；

步骤S9：认为岩石不破坏；

步骤S10：根据其屈服点的位置，判断不同围压下处于平面应变或平面应力状态的岩石炮孔周围任一单元的爆炸破坏模式；

步骤S21：均布水平围压P_x与竖直围压P_y分别作用于平面，且沿平面法向方向额外的力P_z作用，对于平面应变条件，在P_x和P_y确定的情况下，P_z的大小仅取决于岩石泊松比ν；对于平面应力条件，P_z＝0；

步骤S22：在炮孔内壁在某一时刻受到均布爆炸载荷的冲击作用下，爆炸载荷作用过程用函数F(t)表示，则不同的炸药其函数表达形式不同；

步骤S23：以炮孔中心为原点，建立极坐标系与直角坐标系，其中，炮孔直径为a，平面内任意一点距炮孔中心的距离为r，角度为θ，得到炮孔模型。

2.根据权利要求1所述的岩石双轴压缩爆破设计方法，其特征在于，所述步骤S1的基本力学参数必须包括岩石密度ρ。

3.根据权利要求2所述的岩石双轴压缩爆破设计方法，其特征在于，所述参数为体积模量K、杨氏弹性模量E、岩石泊松比ν、拉梅第一参数λ和拉梅第二参数μ的中的任意两个。

4.根据权利要求1所述的岩石双轴压缩爆破设计方法，其特征在于，所述步骤S3经典的Kirsch方法计算炮孔周边的静态应力分布为

对于平面应变条件，平面应力条件下为0，式中，分别为径向应力、环形应力和纵向应力沿平面外法线方向，和为平面内切应力。

5.根据权利要求1所述的岩石双轴压缩爆破设计方法，其特征在于，所述步骤S4的拉普拉斯变换法为：

式中，α为任意实数且有Re(p)≥α≥0，Re(p)表示经过拉普拉斯算子运算后取实部，p为拉普拉斯算子；T为特定参数且αT＝5～10，表示位移势函数，表示拉普拉斯变换后的位移势函数，k表示计算次数。

6.根据权利要求1所述的岩石双轴压缩爆破设计方法，其特征在于，所述步骤S6的叠加算法为将炮孔周围的静态应力分布与爆炸动力响应进行线性叠加

式中，σ_ij表示炮孔周围任一点的应力状态，表示炮孔周围任一点的静态应力，表示炮孔周围任一点的动态应力。