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岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析

黄佑鹏 王志亮 毕程程

黄佑鹏, 王志亮, 毕程程. 岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析[J]. 水利水运工程学报, 2018, (5): 95-102. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.014
引用本文: 黄佑鹏, 王志亮, 毕程程. 岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析[J]. 水利水运工程学报, 2018, (5): 95-102. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.014
HUANG Youpeng, WANG Zhiliang, BI Chengcheng. Simulation analysis of blast-induced damage scope and its distribution characteristics of rocks[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (5): 95-102. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.014
Citation: HUANG Youpeng, WANG Zhiliang, BI Chengcheng. Simulation analysis of blast-induced damage scope and its distribution characteristics of rocks[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (5): 95-102. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.014

岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.014
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51579062

国家自然科学基金资助项目 51379147

详细信息
    作者简介:

    黄佑鹏(1994—),男,安徽安庆人,硕士研究生,主要从事岩石动力学研究。E-mail:2909253712@qq.com

    通讯作者:

    王志亮(E-mail:cvewzL@hfut.edu.cn)

  • 中图分类号: TU45

Simulation analysis of blast-induced damage scope and its distribution characteristics of rocks

  • 摘要: 为了研究岩石爆破损伤范围及损伤分布规律,基于LS-DYNA软件,采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)材料模型,探究了石灰岩爆破损伤范围随径向不耦合系数K增大的变化关系,接着对比分析了石灰岩、凝灰岩和花岗斑岩的爆破损伤分布规律,并用Logistic函数模型对损伤演化过程进行表征。结果表明:HJC模型在岩石爆破损伤模拟中具有很好的适用性;随着不耦合系数的增大,损伤半径与炮孔半径之比呈先快后慢的减小趋势;不同岩石的爆破损伤均呈反“S”形曲线衰减,但损伤分布特征存在一定差异性,石灰岩和凝灰岩的压碎区范围较大,与裂隙区界线清晰,而花岗斑岩压碎区范围较小,与裂隙区界线不明显。研究结果可为实际工程中爆破损伤的评估与控制提供一定参考。
  • 图  1  HJC模型状态方程曲线

    Figure  1.  Equation of state curve of HJC model

    图  2  数值计算模型

    Figure  2.  Numerical calculation model

    图  3  石灰岩损伤分布与不耦合系数K的关系(t=1 ms)

    Figure  3.  Relationship between distribution of limestone damage and uncoupling coefficient K (t=1 ms)

    图  4  压碎区边界压力时程曲线(K=1.1)

    Figure  4.  Time-history curves at boundary of crushed zone

    图  5  随不耦合系数K变化的损伤范围

    Figure  5.  Change of damage range with uncoupling coefficient K

    图  6  不同岩石爆破损伤分布(t=1 ms)

    Figure  6.  Distribution of blasting damage for different rocks (t=1 ms)

    图  7  压碎区边界岩石压力时程曲线(K=1.0)

    Figure  7.  Time-history curves of pressure at boundary of rock crushed zone (K = 1.0)

    图  8  不同岩石损伤D分布规律

    Figure  8.  Distribution law of damage parameter D of different rocks

    表  1  石灰岩HJC模型参数

    Table  1.   Parameters of HJC model for limestone

    ρ0/(kg·m-3) G/MPa fc/MPa A B C N Smax D1 D2
    2 300 10 093 60 0.55 1.23 0.009 7 0.89 20 0.04 1
    T/MPa pc/MPa μc pl/MPa μl K1/GPa K2/GPa K3/GPa ε0/s-1 εf, min
    4 20 0.001 25 2 000 0.174 39 -223 550 1E-6 0.01
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    表  2  不同方法得到的爆破损伤范围比较

    Table  2.   Comparison of blasting damage ranges given by different methods

    装药半径/cm 压碎区R1/cm 裂隙区R2/cm
    式(6) 经验值:2~7倍装药半径 本文结果 式(7) 经验值:10~15倍装药半径 本文结果
    3 4~14 6~21 8~13 31~70 30~45 32~43
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    表  3  岩石的部分HJC模型参数

    Table  3.   Partial parameters of HJC model for rocks

    材料 ρ/(g·cm-3) fc/MPa A B N C T/MPa
    凝灰岩 1.800 50.00 0.550 1.77 0.79 0.009 7 3.3
    花岗斑岩 2.586 60.52 0.762 1.65 1.15 0.001 3 4.4
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    表  4  不同岩石损伤范围

    Table  4.   Damage scopes of different rocks

    岩石类别 损伤半径/cm
    R1 R2
    石灰岩 14 45
    凝灰岩 13 44
    花岗斑岩 7 42
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-25
  • 刊出日期:  2018-10-01

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