巖石感應(yīng)爆破的數(shù)字仿真




摘 要:
在當(dāng)今的研究中，Johnson-Holmquist(J-H)材料模型被用于商業(yè)軟件LS-DYNA通過(guò)用戶子程序模擬巖石感應(yīng)爆破。J-H模型由強(qiáng)度模型組成,適用于完整的材料和完全碎裂的材料。影響平滑爆破的關(guān)鍵因素，即，負(fù)載等級(jí)，與自由面的距離，重力，以及先前存在的接合面等等，在爆破模式上是不確定的。根據(jù)仿真結(jié)果，巖石爆破模式是明顯受負(fù)載等級(jí)影響的。斷裂控制技術(shù)，即巖孔刻槽爆破也可以模擬仿真.斷裂控制技術(shù)的有效性已被證實(shí)。在當(dāng)今的研究中，數(shù)字模擬再現(xiàn)了被其他觀察者觀察到的著名現(xiàn)象。它有潛力應(yīng)用于實(shí)際的爆破控制和氣壓液壓斷裂工程。
關(guān)鍵詞:
數(shù)字模擬;LS-DYNA；Johnson–Holmquist材料模型；巖石破碎；爆破控制
1. 介紹
多年來(lái)，鉆孔爆破法廣泛用于地底挖掘和建筑，現(xiàn)在仍然是巖石碎裂的普遍方法。然而，關(guān)于巖石碎裂加工過(guò)程的清晰描述仍然缺乏。當(dāng)炸藥引爆，化學(xué)反應(yīng)迅速發(fā)生,相對(duì)少量的炸藥轉(zhuǎn)化成高溫氣體。反應(yīng)導(dǎo)致兩中載荷作用于巖孔壁上，即持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的壓力波和氣壓[1,2]，巖石碎裂將會(huì)在隨后開(kāi)始并傳播到周?chē)鷰r體上。在成對(duì)的巖孔爆破中，從巖孔表面到一個(gè)特殊深度可能會(huì)形成一個(gè)碎裂帶。最近的研究顯示，當(dāng)氣壓進(jìn)一步擴(kuò)展碎裂帶時(shí)，重力波是斷裂帶和周?chē)派錉钏榱验_(kāi)始進(jìn)行的主要誘因[2]。
巖石爆破的調(diào)查和作用效果實(shí)驗(yàn)(縮小比例的或?qū)嶋H尺寸的實(shí)驗(yàn))非常昂貴并且浪費(fèi)時(shí)間。另一方面，數(shù)字方法，派生于合理的機(jī)械原則和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的確認(rèn)，顯示了一個(gè)有希望的來(lái)展示巖石感應(yīng)爆破過(guò)程。相當(dāng)客觀可觀的結(jié)果已經(jīng)被引導(dǎo)到巖石材料的不連續(xù)體[2,3-7]，連續(xù)體[8-18]和連續(xù)體-不連續(xù)體模型[19]。對(duì)于不連續(xù)體模型，巖石被描繪為連續(xù)元素的集合(例如：粒子和彈簧)，當(dāng)兩元素連接處的壓力超過(guò)臨界值，斷裂就開(kāi)始了。然而,它要求大量的關(guān)于空間分布的數(shù)據(jù)，巖石連接處的幾何機(jī)械性質(zhì),正常情況下那幾乎是不可能的。
連續(xù)體損傷力學(xué)也被認(rèn)為適合描述應(yīng)力波引起的爆破過(guò)程。巖石是有微裂紋的脆性材料這一事實(shí)是連續(xù)體損傷力學(xué)的基礎(chǔ)。巖石材料的破碎就是這些微裂紋的增長(zhǎng)和集結(jié)過(guò)程.巖石材料的強(qiáng)度取決于臨界微裂紋的強(qiáng)度和分布情況。可用單一的變量，或多個(gè)變量來(lái)描述材料變化的情形。對(duì)于連續(xù)體損傷模型，很難定義一個(gè)恰當(dāng)?shù)膿p傷演化定律。