岩體中爆炸波識別及其動力學耦合效應研究

《岩體中爆炸波識別及其動力學耦合效應研究》是依託中南大學，由趙建平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：岩體中爆炸波識別及其動力學耦合效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙建平
• 依託單位：中南大學

項目摘要

爆炸瞬間將在岩體類介質中激起複雜的爆炸波，其作用直接導致了目標區介質的破壞，並在區外產生損傷及地震。很多研究多集中於爆破地震，對破碎及損傷區內爆炸波特徵和作用規律缺乏深入系統的研究。本課題擬通過建立瞬時爆炸波壓拉信號正確性測試和誤差分析技術，實現爆炸波動應變信號的有效捕捉和干擾信號禁止，並建立爆炸波波形正確性定量判讀標準。在此基礎上，研究與裝藥結構相關聯的爆炸波波形特徵、作用及傳遞規律；通過對不同時空點上的爆炸波波形辨識，識別爆炸波各組分，建立與炸藥爆轟結構相關聯的岩體中爆炸波各組分產生關係；基於爆後岩體損傷，建立與爆炸波各組分相關聯的岩體損傷演化規律。根據爆炸波各組分衰減規律，提出與炸藥類型、爆炸波組分和岩體破壞三者緊密相關的爆炸波各組分能量產生、能量分配及精確破岩方式。爆源近區爆炸波規律的研究將對爆破工程、防護工程、岩體本構關係、爆炸地震波震源特性等研究具有非常重要的理論及工程意義。

結題摘要

炸藥在岩體中爆炸時，直接導致了目標介質的破壞，並在區外產生損傷及地震。課題針對不同試驗條件下炮孔周圍岩體類介質中激起的複雜爆炸波、產生機制和破壞作用進行了系統研究。 首先，通過超動態測試系統匹配、感測器選擇和動態標定，解決了爆炸波信號採集問題，建立了爆炸波波形正確性判斷標準，實現了超動態動應變信號的90％捕捉和干擾信號禁止。 其次，在實驗室製作了1200mm×800mm×350mm的矩形混凝土模型。在無裂隙和有裂隙條件下，開展了空氣不耦合、水耦合裝藥單孔和雙孔裝藥爆炸波測試實驗，對比研究了距爆點不同距離處與裝藥結構相關聯的爆炸波波形特徵、作用和變化規律。表明爆炸瞬間在炮孔周圍激起的爆炸波有三部分組成，即爆炸衝擊波、應力波和爆炸氣體作用，三者依次在時間上作用於介質，並在空間上隨著距離而衰減成為地震波。其它條件不變時，水耦合條件下的爆炸衝擊波載入持續時間、大小和載入率與空氣不耦合相當，對混凝土作用也相同，即產生新裂紋和使原有裂紋啟裂。水耦合和空氣不耦合時的爆炸氣體作用為準靜態作用，持續時間相當。但水耦合時的應力大於空氣不耦合，載入穩定性明顯優於空氣不耦合，兩者的作用都是繼續擴展裂紋，但不能產生新的裂紋，水耦合對裂紋擴展更有利且效果好。雙孔同爆時，激發的爆炸波互相疊加，波形複雜，在兩孔連線上易於產生擴展性裂紋，水耦合比空氣耦合效果好。 第三，通過空氣不耦合、水耦合條件和雙孔爆炸等條件下的爆炸波識別，就各分離區的應力峰值、加卸載應變率、質點運動速度、質點加速度等基本特徵參數進行了定量分析，提出了不同試驗條件下與爆炸波各分離區相關聯的爆炸波破岩過程，建立了各分離區的動力學基本特徵參數與裝藥結構、到爆源中心的距離之間的關係。通過與炸藥爆轟理論相關聯的爆炸波組分產生機制研究，表明了炸藥衝擊波陣面與爆炸波中衝擊波區、炸藥化學反應區與爆炸波中應力波區和炸藥反應產物與爆炸波中的爆炸氣體膨脹區有一定的數量關係，建立了炸藥爆轟結構、應力波理論相聯繫的爆炸衝擊波、應力波、爆生氣體膨脹作用產生機制，為開展定量計算研究奠定了基礎。 最後，通過與爆炸波相關聯的爆後岩體裂紋擴展和破碎效果的聲波測試、觀測和拍照等，對爆後模型損傷效應進行了研究，建立了與爆炸波各分離區作用過程相關聯的裂紋累積損傷連續擴展破壞機理，提出了通過改變炸藥類型和裝藥結構以控制爆炸波各分離區波形，達到即破壞目標岩體，又防圍岩損傷。