岩体加固抗爆炸性能

徐干成 袁伟泽 顾金才 张向阳

徐干成, 袁伟泽, 顾金才, 张向阳. 岩体加固抗爆炸性能[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(5): 052203. doi: 10.11883/bzycj-2018-0203
引用本文: 徐干成, 袁伟泽, 顾金才, 张向阳. 岩体加固抗爆炸性能[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(5): 052203. doi: 10.11883/bzycj-2018-0203
XU Gancheng, YUAN Weize, GU Jincai, ZHANG Xiangyang. Anti-detonation property of reinforcement rock[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(5): 052203. doi: 10.11883/bzycj-2018-0203
Citation: XU Gancheng, YUAN Weize, GU Jincai, ZHANG Xiangyang. Anti-detonation property of reinforcement rock[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(5): 052203. doi: 10.11883/bzycj-2018-0203

岩体加固抗爆炸性能

doi: 10.11883/bzycj-2018-0203
详细信息
    作者简介:

    徐干成(1958- ),男,博士,教授级高工,xugancheng_xgc@163.com

    通讯作者:

    袁伟泽(1981- ),男,博士,博士后,09ywzcly@tongji.edu.cn

  • 中图分类号: O389; TU45

Anti-detonation property of reinforcement rock

  • 摘要: 为进一步提升岩体的抗爆炸性能,采用相似模型实验和数值模拟的方法对采用交叉锚索进行加固的围岩进行了抗爆性能分析,对比分析了加固前后岩体的爆炸压力分布规律、应变分布规律、爆腔大小以及锚索参数对加固效果的影响。研究结果表明:无论岩体是否加固,爆心附近岩体内爆炸压力峰值、径向应变峰值、环向应变峰值与比例距离均呈负幂指数衰减,在相同的爆炸药量作用下,随着距爆点距离的增大,压力、应变峰值迅速减小;在集团装药条件下,岩体内的爆腔不呈球形而呈上细下粗的花瓶形,且无加固岩体的爆腔高度较大;交叉锚索角度变化对介质压缩半径的影响较小;随着交叉锚索密度的增大,加固介质中自由场压缩波峰值降低约20%~35%左右,介质的破坏半径小约30%左右。该研究结果可为地下防护工程设计和围岩加固提供参考。
  • 图  1  爆炸装置及模型体简图(单位:mm)

    Figure  1.  Explosive device and model scheme (unit: mm)

    图  2  模拟岩体内锚索的定位

    Figure  2.  Anchor cable orientation in simulated rock

    图  3  应变和压力测点布置(单位:mm)

    Figure  3.  Measuring location arrangement of stress and pressure (unit: mm)

    图  4  测试用传感器

    Figure  4.  Sensors for the experiments

    图  5  未加固模型药量为100 g实验结果

    Figure  5.  Test results of unreinforcement under 100 g explosive load

    图  6  爆炸应力峰值与比例距离的关系曲线

    Figure  6.  Peak stress-proportion distance curves of explosion

    图  7  径向应变峰值与比例距离的关系曲线

    Figure  7.  Radial peak strain-proportion distance curve of explosion

    图  8  环向应变峰值与比例距离的关系曲线

    Figure  8.  Toroidal peak strain-proportion distance curve of explosion

    图  9  模型爆腔对比

    Figure  9.  Explosion cavity comparison for the two models

    图  10  模型体爆腔素描图(单位:mm)

    Figure  10.  Explosion cavity comparison of test models (unit: mm)

    图  11  数值模型网格划分

    Figure  11.  Mesh partition of numerical model

    图  12  岩体内爆炸压缩区域图

    Figure  12.  Explosion compression region in rock mass

    图  13  岩体内应力云图

    Figure  13.  Stress nephogram in rock mass

    表  1  原岩与选定模拟材料物理力学参数

    Table  1.   Mechanics parameters of the rock and selected material

    围岩级别 Rc/MPa Rt/MPa C/MPa φ/(°) Em/GPa μ ρ/(kg·m−3)
    原岩(Ⅲ) 30 0.83~1.4 0.7~1.5 35~45 6.0~20 0.20~0.25 2 500
    选定的模型材料 2.56 0.43 1.5 41 5.2 0.15 1 820
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    表  2  钢绞线与选定铝绞线力学参数

    Table  2.   The mechanics parameters of cable and selected aluminium stranded wire

    锚索类型 E/GPa Rt/MPa 规格 R/mm A/mm2
    钢绞线(原型) 196 1 860 3束7×$\varnothing $5 mm 23.05 417
    铝绞线(模型) 62.6 170 3×$\varnothing $1.5 mm 2.6 5.3
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    表  3  数值模型参数

    Table  3.   Parameters of numerical model

    角度/(°) ρ/(kg·m−3) E/GPa μ Rc/MPa Rt/MPa C/MPa φ/(°)
    无加固 1 800 0.386 0.25 3 0.267 0.6 36
    45 2 000 0.735 0.25 3 0.497 0.8 41
    30 2 000 0.70 0.25 3 0.803 0.85 39
    60 2 000 0.78 0.25 3 0.320 0.75 45
     注:角度指锚索与水平线之间角度。
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    表  4  数值模拟计算方案

    Table  4.   The proposal of the numerical simulations

    编号 ρm E/GPa φ/(°) C/MPa Rt/MPa Cm/(°) Ry/mm
    M1 0.1 m×0.1 m 0.700 39 0.85 0.803 30 241
    M2 0.1 m×0.1 m 0.735 41 0.80 0.497 45 251
    M3 0.1 m×0.1 m 0.780 45 0.75 0.320 60 258
    M4 0.07 m×0.07 m 0.700 41 0.80 0.75 45 222
    M5 0.15 m×0.15 m 0.780 41 0.80 0.35 45 278
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-10
  • 修回日期:  2018-07-19
  • 网络出版日期:  2019-07-25
  • 刊出日期:  2019-05-01

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