[发明专利]单临空面岩塞爆破参数试验数值仿真预测方法

说明书

一种单临空面岩塞爆破参数试验数值仿真预测方法，通过分析、建模、获取时间阈值、设置炮孔及起爆网路、计算模型参数并模拟爆破，提取起爆后的爆除岩体及围岩状态图，分析状态图是否达到预期效果，有利于检验施工方案的爆破能否达到设计进尺，能否实现完全爆通，为正式岩塞爆破的设计及优化提供依据，便于调整爆破参数和控制爆破规模提供依据，有利于确保正式岩塞爆破达到“爆通、成型、安全”的圆满效果，在工程爆破前需要确定塞爆破参数，获取试验数值。

技术领域

本发明属于岩塞爆破技术领域，涉及一种单临空面岩塞爆破参数试验数值仿真预测方法。

背景技术

岩塞部位地层岩性为燕山晚期雅亮单元(K₁y)花岗岩，夹有辉绿岩脉。岩塞体覆盖层零星分布，覆盖层厚度为1.0m～1.1m，主要以弱～微风化花岗岩为主，弱风化厚度约1.0m～5.2m，其余均为微风化，属于有利的地质条件，弱风化岩整体较整，为弱透水，具有一定的自稳能力。

岩塞进水口都在水面以下数十米甚至百米，如果不能成功贯通，处理起来非常困难甚至不可能，这样将使整个工程的投资付诸东流；此外，岩塞进水口开挖之后不能像常规开挖的水工隧洞那样进行衬砌，为了使岩塞进水口成型良好获得较好的断面轮廓以保证水工隧洞进水口具有良好的水力条件和长期运行过程中岩塞进水口的稳定性，只能采取有效的轮廓控制爆破措施。

为正式岩塞爆破施工积累经验，确保正式岩塞爆破达到“爆通、成型、安全”的圆满效果，在工程爆破前需要确定塞爆破参数，获取试验数值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单临空面岩塞爆破参数试验数值仿真预测方法，采用分析、建模、获取时间阈值、设置炮孔及起爆网路、计算模型参数并模拟爆破，提取起爆后的爆除岩体及围岩状态图，分析状态图是否达到预期效果，有利于检验施工方案的爆破能否达到设计进尺，能否实现完全爆通，为正式岩塞爆破的设计及优化提供依据，便于调整爆破参数和控制爆破规模提供依据，有利于确保正式岩塞爆破达到“爆通、成型、安全”的圆满效果，在工程爆破前需要确定塞爆破参数，获取试验数值。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种单临空面岩塞爆破参数试验数值仿真预测方法，它包括如下步骤：

步骤1，分析，采取采用相同的爆破参数，分析在单临空面作用下的贯穿效果；

步骤2，建模，采用ABAQUS/Explicit计算平台建立三维精细化围岩-洞室有限元模型，利用生死单元技术Model change模拟爆破开挖效果；

步骤3，获取时间阈值，利用动力计算原理及公式，逐步求解获得整个时间阈；

步骤4，炮孔及网路，在模型中设定炮孔及起爆网路，采用SPH粒子模拟技术进行数值仿真分析；

步骤5，计算模型参数，结合JWL状态方程来模拟炸药爆炸过程中压力与体积的关系，获取基本物理参数；

步骤6，结果分析，提取起爆后的爆除岩体及围岩状态图，分析预期效果。

在步骤1中，根据经典的弹性理论，应力波在传播过程中若遇到自由面会发生反射，假定入射应力波为在自由边界x＝a处，应力为0，于是，反射应力波可以表示为式中，C_P为纵波波速，其表达式为式中，ρ为介质密度；λ、μ为拉梅常数，其中

在步骤3中，在岩土工程动力响应分析中，视岩体为粘弹性体，其动力平衡方程如下：式中，[M],[C],[K]为结构体的总质量矩阵，总阻尼矩阵和总刚度矩阵；{ü}，{u}为结构体结点加速度，速度和位移列阵；{ü_g}为输入地震加速度列阵。

在步骤4中，参考其他类似工程的爆破参数，并考虑试验段的地质条件，布设炮孔，包括钻孔孔径、堵塞长度及装药。