岩石爆破中炸药爆炸能量分布的测试和研究

论文摘要

随着我国经济的发展,岩石爆破技术在水利水电、矿山、交通和城市建设等各个领域获得了广泛的应用,爆破技术是破岩的重要手段有时甚至是唯一手段。但是由于爆炸能量传递给岩石及形成破碎的机理是复杂的,影响爆炸能量分布的因素很多很复杂,所以对岩石中爆炸能量的分布研究是必须的也是必要的。首先本文研究了岩石在爆破作用下的力学行为。岩石材料是一种特殊的固体介质,在爆炸载荷的作用下,具有固体在冲击载荷作用下相同的力学响应,利用材料专家在研究固体在冲击载荷作用下已有的结论,在充分考虑岩石固有特性的基础上,说明了岩石在爆破作用下的力学行为。其次本文在前人的基础上通过近似声学公式,理论推导和实际计算了炸药在岩石中的能量的分布。得出冲击波扩腔作功、冲击波形成裂隙作功、冲击波对岩石产生弹性变形作功所消耗的能量以及爆生气体扩腔作功所消耗能量的数值分布,分析了爆生气体对微裂纹二次扩胀的原理。接着更进一步的分析了提高岩石中爆炸能量有效利用率的原理。最后本文利用水下折射法,建立了水下岩石爆破能量测试模型,阐述了水下岩石爆破应力及能量的测试原理,制做了球形水泥砂浆试块,实际测量了DDNP集中药包在试块中爆炸的能量分布,充分利用球形药包在球形试块中爆炸应力波在边界上为正入射和在边界上无折射的特性,推导出岩石内应力波峰值的衰减规律,以及药包在试块中冲击波比能和气泡波比能的衰减规律,最后分析了实验结果,正确的得出集中药包在岩石中爆炸能量的分布情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 影响岩石爆炸能量分布规律的因素
• 1.3 国内外有关岩石爆破中能量分布的研究现状
• 1.3.1 利文斯顿爆破漏斗理论
• 1.3.2 不同岩体爆破机理下的能量分布理论
• 1.3.3 爆破岩体结构控制原理
• 1.4 问题的提出
• 1.5 本课题研究方法与研究内容
• 2 爆破载荷作用下岩石的物理力学性质
• 2.1 引言
• 2.2 岩石的基本物理性质
• 2.3 岩石的力学性质
• 2.3.1 岩石的破坏形式
• 2.3.2 岩石的强度
• 2.3.3 岩石的变形性质
• 2.3.4 岩石的形变参数
• 2.4 岩石的强度理论
• 2.4.1 最大拉应力法则
• 2.4.2 库仑─莫尔准则
• 2.4.3 Druckr-Prager准则
• 2.5 爆炸荷载下岩石的动力特征
• 2.6 本章小结
• 3 岩石爆破中爆炸能量分布的规律
• 3.1 概述
• 3.2 岩石的爆破作用
• 3.2.1 岩石爆破的内部作用
• 3.2.2 岩石爆破的外部作用
• 3.2.3 爆炸应力波粉碎区和裂隙区的计算
• 3.3 冲击波能量分布
• 3.3.1 冲击波扩胀爆腔作功
• 3.3.2 应力波产生径向裂隙作功
• 3.3.3 应力波引起弹性变形作功
• 3.4 爆生气体对岩石的作功分析
• 3.4.1 爆生气体的扩胀作功
• 3.4.2 爆生气体对裂纹的进一步扩展原理
• 3.5 试块爆破算例计算及分析
• 3.6 岩石爆破中爆炸能量的利用率
• 3.6.1 阻抗匹配理论
• 3.6.2 全过程匹配观点
• 3.6.3 能量匹配观点
• 3.7 本章小结
• 4 模型试块水下爆炸应力波参数及其能量分布测试
• 4.1 概述
• 4.2 水下装药爆炸现象
• 4.3 实验设计理论
• 4.3.1 球形药包冲击波比能的计算
• 4.3.2 集中装药气泡波比能的计算
• 4.3.3 总能量的计算
• 4.3.4 应力波的反射和折射
• 4.3.5 球形模型试块边界面上的应力和能量参数
• 4.4 实验测试
• 4.4.1 水下爆炸能量测试系统
• 4.4.2 集中药包的设计与制作
• 4.4.3 球形模型试块的制作
• 4.5 测试结果与分析
• 4.5.1 测试系统的标定
• 4.5.2 测试结果
• 4.5.3 实验结果分析
• 4.6 结论
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介