巖石感應爆破的數(shù)字仿真




摘 要:
在當今的研究中，Johnson-Holmquist(J-H)材料模型被用于商業(yè)軟件LS-DYNA通過用戶子程序模擬巖石感應爆破。J-H模型由強度模型組成,適用于完整的材料和完全碎裂的材料。影響平滑爆破的關鍵因素，即，負載等級，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載等級影響的。斷裂控制技術，即巖孔刻槽爆破也可以模擬仿真.斷裂控制技術的有效性已被證實。在當今的研究中，數(shù)字模擬再現(xiàn)了被其他觀察者觀察到的著名現(xiàn)象。它有潛力應用于實際的爆破控制和氣壓液壓斷裂工程。
關鍵詞:
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，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，關于巖石碎裂加工過程的清晰描述仍然缺乏。當炸藥引爆，化學反應迅速發(fā)生,相對少量的炸藥轉(zhuǎn)化成高溫氣體。反應導致兩中載荷作用于巖孔壁上，即持續(xù)時間較長的壓力波和氣壓[1,2]，巖石碎裂將會在隨后開始并傳播到周圍巖體上。在成對的巖孔爆破中，從巖孔表面到一個特殊深度可能會形成一個碎裂帶。最近的研究顯示，當氣壓進一步擴展碎裂帶時，重力波是斷裂帶和周圍放射狀碎裂開始進行的主要誘因[2]。
巖石爆破的調(diào)查和作用效果實驗(縮小比例的或?qū)嶋H尺寸的實驗)非常昂貴并且浪費時間。另一方面，數(shù)字方法，派生于合理的機械原則和實驗數(shù)據(jù)的確認，顯示了一個有希望的來展示巖石感應爆破過程。相當客觀可觀的結(jié)果已經(jīng)被引導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)，當兩元素連接處的壓力超過臨界值，斷裂就開始了。然而,它要求大量的關于空間分布的數(shù)據(jù)，巖石連接處的幾何機械性質(zhì),正常情況下那幾乎是不可能的。
連續(xù)體損傷力學也被認為適合描述應力波引起的爆破過程。巖石是有微裂紋的脆性材料這一事實是連續(xù)體損傷力學的基礎。巖石材料的破碎就是這些微裂紋的增長和集結(jié)過程.巖石材料的強度取決于臨界微裂紋的強度和分布情況。可用