炸药与岩石的匹配分析研究

论文摘要

随着国民经济的快速发展,矿产资源的需求量越来越大。岩石爆破在水利水电、交通建设,矿山开发等各个领域获得广泛的应用。破岩的最重要的手段就是爆破。岩石爆破技术是建立在岩石力学、爆炸力学、爆轰理论等基础学科上的,随着各个基础学科的不断深入的研究,设备机械化,电子技术的发展,爆破技术也有了很大发展。炸药爆炸后,应力波的能量传递给岩石,使得岩石破碎,其中的机理很复杂。如何做到爆破的效果最优化,就必须清楚影响能量分布的因素和爆破能量在岩石中的分布的规律。炸药的爆炸是能量在瞬间急剧释放,且又是高温高压的过程,岩体本身的性质不同加上爆破环境是复杂多变的,这就对我们的岩石爆破提出了很高的要求。研究炸药物理化学性质,爆轰理论,掌握炸药能量在岩石中的分布规律,这样才能安全使用炸药,合理的控制药量,提高炸药的能量利用率,有效的控制飞石和降低爆破震动和噪声。首先本文研究了岩石在爆破作用下的力学行为。岩石材料是一种特殊的固体介质,在爆炸载荷的作用下,具有固体在冲击载荷作用下相同的力学响应,利用材料专家在研究固体在冲击载荷作用下已有的结论,在充分考虑岩石固有特性的基础上,说明了岩石在爆破作用下的力学行为。其次本文在前人的基础上,理论推导和实际计算了炸药在岩石中的能量的分布。得出粉碎区、裂隙区的半径。计算出冲击波扩腔作功、冲击波形成裂隙作功、冲击波对岩石产生弹性变形作功所消耗的能量以及爆生气体扩腔作功所消耗能量的数值分布,分析了爆生气体对微裂纹二次扩胀的原理。接着更进一步的分析了提高岩石中爆炸能量有效利用率的原理。分析了岩石破坏准则,在开始阶段,由于冲击波强度非常大,超过岩石的抗压强度,孔壁处受压破坏形成粉碎区,随后应力波在径向方向形成的拉应力,岩石受到拉应力作用被拉裂,形成了裂隙区,在此确定数值模拟过程中采用的强度准则。运用数值模拟研究花岗岩和石灰岩在不同孔网参数情况下爆炸的应力波分布和能量分布规律,并分析确定在对花岗岩和石灰岩爆破时候应采用何种孔网参数,优化爆破效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状及发展
• 1.2.1 爆破理论的发展
• 1.2.2 岩石破碎的物理过程
• 1.3 课题研究的背景及意义
• 1.4 本文研究的内容
• 第2章 岩石爆破中爆炸能量的分布研究
• 2.1 概论
• 2.2 岩石破碎的力学过程分析
• 2.3 爆炸各部分能量分析
• 2.3.1 冲击波能量
• 2.3.2 应力波产生径向裂隙时候做功
• 2.3.3 应力波引起弹性变形做功
• 2.3.4 爆生气体的扩腔做功
• 2.3.5 爆生气体的抛掷作用
• 2.4 爆炸应力波的衰减规律
• 2.5 本章小结
• 第3章 岩石力学性质
• 3.1 岩石的变形
• 3.2 岩石的强度
• 3.2.1 抗压强度
• 3.2.2 岩石的抗剪强度
• 3.2.3 岩石抗拉强度
• 3.3 岩石的强度准则
• 3.3.1 莫尔-库仑准则
• 3.3.2 中间主应力效应研究
• 3.3.3 经验型岩石强度准则
• 3.3.4 格里菲斯准则
• 3.3.5 最大拉应力理论—第一强度理论
• 3.3.6 第二强度理论—最大拉应变理论
• 3.3.7 第三强度准则—最大剪应力理论
• 3.3.8 第四强度准则—形状改变比能理论
• 第4章 数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 数值模拟概述
• 4.2.1 数值模拟的理论和基本思想
• 4.2.2 ANSYS软件介绍
• 4.3 ANSYS/LS-DYNA程序简介
• 4.4 ANSYS/LS-DYNA算法简介
• 第5章 岩石爆破数值模拟分析
• 5.1 爆炸动力载荷参数
• 5.1.1 炸药的爆轰压力
• 5.1.2 爆轰压力作用在孔壁上的最大压力
• 5.1.3 爆破荷载作用的时间
• 5.2 模型建立
• 5.3 求解结果
• 5.4 花岗岩数据分析
• 5.4.1 孔距×孔距=3m×3m的模拟
• 5.4.2 孔距×孔距=4m×4m的模拟
• 5.4.3 孔距×孔距=5m×5m的模拟
• 5.5 石灰岩数值模拟
• 5.5.1 孔距×孔距=3m×3m的模拟
• 5.5.2 孔距×孔距=4m×4m的模拟
• 5.5.3 孔距×孔距=5m×5m的模拟
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 不足和展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究生期间发表的学术论文