水下钻孔爆破水击波衰减规律的研究

论文摘要

水下爆破作为工程爆破的一个重要分枝,有着施工复杂,技术难度高等特点。第二次世界大战以后,随着国际航运业的发展,各国为了疏通航道,加深港口建设,水下爆破得到了迅速的发展。在这一过程中水下钻孔爆破的工程实践比较多,前苏联和美国等一些国家的学者在水下裸露药包的爆破作了一些研究,但是对水下钻孔爆破的研究较少,出现了理论滞后于实际的情况。首先根据水下爆破用途的不同,阐述了水下爆破的分类及其分类方法。介绍了水下钻孔爆破的研究历史和研究现状,从波动学原理出发介绍了岩石中波的传播特性、应力波参数以及岩石破碎理论。分析了在岩石破坏过程中由炸药爆炸产生的应力波对岩石的破坏的主导作用,岩石破坏主要有剪切破坏和拉伸破坏,由于岩体裂隙的存在使得反射波对岩石的反向拉伸破坏起着很重要的作用。通过对水环境对炸药性能的影响和水面水底对水中爆炸的影响两个方面的分析,介绍了水对爆破的影响因素。用波动学原理分析了水下钻孔爆破的波动学关系。采用数值模拟的方法,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立水下钻孔爆破模型并进行数值运算得出了水下钻孔爆破过程中水击波的传播规律。完整的给出了水下钻孔爆破的建模方法和数值计算过程,最终得出了在特定的岩石参数、炸药参数、水参数的情况下水下钻孔爆破过程中水击波传播的衰减规律。为了验证数值模拟的可信性,将数值模拟结论与工程实际进行验证,把数值模拟结果与水利部长江科学院工程质量检测中心在上海洋山深水港水击波监测结果相比较,得出了数值模拟与实测结果在数量级基本一致的结果。证明了数值模拟结果的合理性和可信性。研究得出如下几点结论（1）利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟得出了不同钻孔深度的水下钻孔爆破的水击波传播规律。（2）通过对洋山深水港水下钻孔炸礁爆破的模拟,对比实验情况,验证了数值模拟的可信性和正确性,从而证明了得出的水下钻孔爆破的水击波传播规律的可信性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相关研究内容的历史回顾
• 1.2.1 水下爆破的发展过程
• 1.2.2 水下钻孔爆破研究的现状
• 1.2.3 水下钻孔爆破波传播过程中的数值模拟
• 1.2.4 存在的问题
• 1.3 研究内容、技术路线和研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线和研究方法
• 1.4 本章小结
• 第2章 岩体中的波和岩石破坏机理
• 2.1 岩体中的声学性质
• 2.1.1 弹性波速度
• 2.1.2 声波在岩体内传播规律
• 2.1.3 岩体的物理力学性质与弹性波速度关系
• 2.2 岩体中波的传播特性及应力波规律
• 2.2.1 裂隙岩体声波波速
• 2.2.2 高强度结构面处应力波的传播
• 2.2.3 低强度结构面处应力波的传播
• 2.2.4 应力波作用在不同间距和不同方向的结构面
• 2.3 岩体内应力波参数
• 2.3.1 应力峰值
• 2.3.2 应力波上升时间和作用时间
• 2.3.3 应力波的比冲量和比能量
• 2.4 应力波的叠加
• 2.5 应力波反射和折射
• 2.6 爆破破岩机理
• 2.6.1 岩石的动力学特性
• 2.6.2 爆炸气体产物膨胀压力破坏
• 2.6.3 爆破冲击波引起应力波反射破坏
• 2.7 爆炸应力波的破坏作用
• 2.7.1 压碎圈的形成
• 2.7.2 裂隙圈的形成
• 2.8 本章小结
• 第3章 水下钻孔爆破水击波传播机理分析
• 3.1 水下爆破分类
• 3.2 水下爆破的危害
• 3.3 水介质对爆破效果的影响
• 3.3.1 水环境对炸药性能的影响
• 3.3.2 水面和水底对水中爆炸的影响
• 3.4 水下爆破中的波
• 3.4.1 水中冲击波的基本关系
• 3.4.2 水中冲击波的初始参数
• 3.4.3 水中爆炸的相似律
• 3.4.4 水中冲击波的传播的一般规律
• 3.4.5 水中冲击波的破坏作用
• 3.5 水下钻孔爆破机制及技术特点
• 3.5.1 水下岩石钻孔爆破作用机制
• 3.5.2 水下钻孔爆破装药量计算
• 3.5.3 水下钻孔爆破的布孔原则
• 3.6 近代水下钻孔爆破施工技术的进展
• 3.6.1 固定支架平台
• 3.6.2 浮式作业平台
• 3.6.3 永久性的专业钻孔爆破工作船
• 3.7 水下爆破冲击波监测
• 3.8 本章小结
• 第4章 水下钻孔爆破的数值模拟研究
• 4.1 数值模拟概述
• 4.2 水下钻孔爆破参数
• 4.3 爆炸动力载荷参数
• 4.3.1 炸药的爆轰压力
• 4.3.2 炸药爆炸作用在孔壁上的最大压力
• 4.3.3 爆炸荷载作用的时间历程
• 4.4 数值模型的建立
• 4.4.1 ANSYS/LS—DYHA显式动力分析程序简介
• 4.4.2 有限元模型的建立
• 4.5 10M炮孔数值模拟分析
• 4.5.1 10m炮孔有限元模型
• 4.5.2 接触、加载约束
• 4.5.3 10m炮孔爆破模拟过程
• 4.5.4 数值模拟波动分析
• 4.6 15M炮孔爆破数值模拟分析
• 4.6.1 15m炮孔有限元模型
• 4.6.2 15m炮孔爆破模拟过程
• 4.6.3 数值模拟波动分析
• 4.7 数值模拟结果分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 水下钻孔爆破工程实例验证
• 5.1 工程实例验证
• 5.2 工程概况
• 5.3 数值模拟
• 5.3.1 建立有限元模型
• 5.3.2 水击波压力分析计算
• 5.4 实际爆破方案
• 5.5 水击波大小预测
• 5.6 实际监测结果
• 5.6.1 测试依据
• 5.6.2 测试系统及仪器设备
• 5.6.3 测试内容与测试布置
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 研究生期间发表的学术论文
• 致谢