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    《長江科學院》 2018年
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    臺階爆破巖體塊度及爆堆數值模擬研究

    王金緒  
    【摘要】:在水利水電堆石壩料場開挖獲取級配料的過程中,提高開挖質量,盡量減少對自然環境的擾動破壞,對于料場附近的環境保護意義深遠。料場爆破開挖獲取級配料的過程中,如何獲得良好上壩級配料成為關鍵性技術難題,而基于此的巖體爆破塊度分布情況也具有十分重要的研究意義與實用價值。本文針對水工堆石壩級配料這一研究對象,采用理論分析、LS/DYNA-DDA耦合數值模擬以及現場實測相佐證的辦法,對基于應變率-塊度篩分擬合的預測模型和臺階爆破破碎過程的耦合數值模擬進行了研究,得到以下結論:(1)基于臺階爆破的破巖機理及過程,對臺階要素和主要參數的選取方法作進行集中闡述;將巖石爆破塊度預測模型分為分布函數模型、應力波模型、能量模型和分形模型四大類,對其分析比較;對影響爆堆形態的影響因素及渣堆塊度的測定方法作了研究。(2)探討了小塊度料的產生機理與理論確定方法,確定了影響粉碎區半徑的因素;提出了基于應變率-塊度篩分擬合模型的細粒料爆破數值模擬方法,以兩河口和長河壩水電工程為例進行應用驗證,并結合其現場篩分結果將該仿真方法與KUS模型比對,驗證了新預測方法的合理性;在此基礎上,對影響小塊度料形成的巖體結構面、巖石彈性模量以及裝藥不耦合系數等因素作了分析。(3)采用DDA模擬不同爆破排距作用條件下的臺階爆破,確定了前后排炮孔之間的合理距離,驗證了炮孔底部增加起爆藥量的必要性。建立DDA臺階爆破彈道理論拋擲模型,將模型結果與理論計算結果對比;并對塊體落地后最終靜止距離作了補充,同時說明在DDA模型中對塊體賦予初速度值是可行的。分別預置反傾向與順傾向巖體結構面,將其與無結構面模型對比,表明平行于前排抵抗線的反傾向結構面不利于工程爆破。(4)將巖體臺階爆破區域分為近區、中遠區兩部分,針對不同區域塊度分布進行分析,研究發現粒徑小于5mm的塊度料多出現在爆破近區,而中遠區的塊體大小多為大于5mm的粒徑;在探究數值模擬方法特點的基礎上,提出在臺階爆破獲取筑壩級配料時采用LS-DYNA模擬近區的破壞過程,利用DDA對中遠區的塊體破裂、拋擲、形成爆堆進行模擬。提取近區LS-DYNA模型粉碎區外邊界的速度峰值輸入中遠區DDA模型,建立起基于LS/DYNA-DDA耦合的臺階爆破全過程精細化數值模型并驗證,同時分析了爆堆形成的演化過程。
    【學位授予單位】:長江科學院
    【學位級別】:碩士
    【學位授予年份】:2018
    【分類號】:TV41

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