[发明专利]一种岩石双轴压缩爆破设计方法

说明书

本发明公开了一种岩石双轴压缩爆破设计方法，方法包括如下步骤：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；解决了以往测试方法的缺乏理论基础、实验参数设计指导、工作量大以及围压加载方式易破坏岩石试样的问题。

技术领域

本发明涉及岩石双轴压缩爆破设计领域，特别是一种岩石双轴压缩爆破设计方法。

背景技术

随着城镇化的进程和工业化的发展，地球浅部资源逐渐枯竭，地表环境不断恶化，人类开发利用资源的主战场不断转向地球深部。钻孔爆破法(钻爆法)由于对岩层地质条件适应性强，开挖成本低，广泛应用于各种地下隧洞挖掘与矿业开采活动。一般认为，在地下空间的开掘过程中，岩石将处于以下两种应力状态：一是平面应力状态，主要存在于隧洞开挖边界，其特征在于沿开挖面法向应力为零，而平行于开挖面方向存在应力，即岩石处于双向应力状态；二是平面应变状态，主要存在于距开挖面较远的未扰动岩体处，一般认为在该状态下岩石沿隧洞轴线方向的位移应变为零，其特征在于岩石处于三向应力状态。

探究岩石在不同地应力条件下的爆破响应，对设计合理的深部钻孔爆破方案，获取良好的深部爆破效果以及减少工程投资成本有着重要意义。目前，一些模拟平面状态下岩石双轴压缩爆破实验的仪器已逐渐涌现，但由于岩石在围压与爆炸荷载耦合作用下表现出的复杂力学特性，现仍缺乏一种行之有效的指导岩石爆破试验方案设计的方法。

现有技术一，杨立云等论文中设计的双轴等值气压加载装置和中心孔爆炸加载装置如图1和图2所示，测试材料在不同双轴等值围压作用下、中心孔爆破导致的粉碎区大小和裂隙发展规律。

现有技术二，该技术通过双轴围压加载装置和中心孔爆炸加载装置如图3所示，测试岩石在双轴围压作用下、中心孔爆破导致的岩石粉碎区大小和裂隙发展规律。

现有技术存在的缺陷，以往的岩石双轴压缩爆破方法缺乏理论基础以及实验参数设计指导，实验人员只能根据岩石的单轴或三轴抗压、抗拉强度等参数对岩石的变形破坏模式做出粗略的判断，难以精确地预测岩石在双轴压缩爆炸实验中的拉破坏、剪胀破坏、剪缩破坏以及延脆性转换等临界破坏模式发生条件，不能反映爆破加载过程中岩石应力状态的演化过程，进而无法定量的揭示岩石的变形破坏机理。

工作量大，为完整反映岩石在围压和爆炸荷载叠加作用下的力学响应，需要设计很多组参数，其中势必会出现结果相似甚至多次重复的实验方案。若是参数设计不合理，重新开展实验会浪费大量的人力物力。

围压加载方式易破坏岩石试样：现有的双轴围压加载方式将在岩石试样中产生剪应力，这种围压加载方式在应力空间中对应加载路径的斜率大于常规岩石30°-60°内摩擦角对应的剪切屈服面斜率。因此，在双轴围压加载作用下，岩石可能将在静态加载过程中就产生了剪切破坏，而无法再进行后续的岩石的爆炸力学响应测试。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种岩石双轴压缩爆破设计方法，解决了以往测试方法的缺乏理论基础、实验参数设计指导、工作量大以及围压加载方式易破坏岩石试样的问题。

一种岩石双轴压缩爆破设计方法，方法包括如下步骤：

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；