兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 4323-4338.doi: 10.12382/bgxb.2023.1089
毛翔1, 何成龙1, 陈大勇2,*(), 杨可谞1, 霍子怡1
收稿日期:
2023-11-06
上线日期:
2024-01-16
通讯作者:
基金资助:
MAO Xiang1, HE Chenglong1, CHEN Dayong2,*(), YANG Kexu1, HUO Ziyi1
Received:
2023-11-06
Online:
2024-01-16
摘要:
为研究围压作用下岩石爆破和相邻巷道的破坏过程,采用带有炮孔含城门洞形巷道结构岩石试件进行实验,利用动态测试技术和高速摄像等方法,得到岩石动态破坏过程。基于HJC本构模型建立含有巷道和单爆破孔的岩石模型,将无围压下的仿真结果与实验结果进行对比,验证数值模拟方法的可行性。在仿真软件平台中引入应力初始化的方法模拟围压下岩石的破坏过程,分析不同围压环境对岩石爆破裂纹扩展的影响以及偏围压系数k对巷道结构破坏过程的影响。研究结果表明:在双向等围压条件下,随着围压水平的提高,对裂纹的抑制作用越显著,对于巷道有更好的保护作用;在单向围压条件下,随着水平围压的增大,巷道遭到破坏程度越大,随着竖直围压的增大,巷道越不容易发生破坏;偏围压条件下,围压对于爆生裂纹扩展具有明显的导向性,裂纹会朝着主应力的方向扩展,随着围压的增大,裂纹导向性越显著;当偏围压系数k<1时,裂纹主要沿竖直方向扩展,巷道并未发生破坏,当k>1时,随着k的增大,巷道迎爆面左拱肩的破坏程度越大,巷道稳定性越差。
中图分类号:
毛翔, 何成龙, 陈大勇, 杨可谞, 霍子怡. 主动围压下岩石爆破裂纹扩展及邻近巷道动态响应[J]. 兵工学报, 2024, 45(12): 4323-4338.
MAO Xiang, HE Chenglong, CHEN Dayong, YANG Kexu, HUO Ziyi. Rock Blasting Crack Propagation and Dynamic Response of Adjacent Roadway Structure under Active Confining Pressure[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(12): 4323-4338.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 3020 | D1 | 0.04 |
fc/MPa | 120 | D2 | 1.0 |
A | 0.28 | pcrush/MPa | 40 |
B | 2.5 | plock/GPa | 1.2 |
C | 0.00186 | μlock | 0.002 |
N | 0.79 | EFmin | 0.01 |
Smax | 5 | FS | 0.035 |
G/GPa | 28.7 | K1/GPa | 12 |
T/MPa | 8 | K2/GPa | 25 |
μcrush | 0.0075 | K3/GPa | 42 |
表1 HJC本构模型参数[20-21]
Table 1 HJC model parameters[20-21]
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 3020 | D1 | 0.04 |
fc/MPa | 120 | D2 | 1.0 |
A | 0.28 | pcrush/MPa | 40 |
B | 2.5 | plock/GPa | 1.2 |
C | 0.00186 | μlock | 0.002 |
N | 0.79 | EFmin | 0.01 |
Smax | 5 | FS | 0.035 |
G/GPa | 28.7 | K1/GPa | 12 |
T/MPa | 8 | K2/GPa | 25 |
μcrush | 0.0075 | K3/GPa | 42 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 1000 | R1 | 4.15 |
D/m·s-1 | 6000 | R2 | 0.95 |
pcj/GPa | 21 | ω | 0.3 |
A/GPa | 371 | E0/GPa | 7 |
B/GPa | 3.23 | V0 | 1.0 |
表2 炸药材料参数
Table 2 Material parameters of explosive
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 1000 | R1 | 4.15 |
D/m·s-1 | 6000 | R2 | 0.95 |
pcj/GPa | 21 | ω | 0.3 |
A/GPa | 371 | E0/GPa | 7 |
B/GPa | 3.23 | V0 | 1.0 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 1.29 | C4 | 0.4 |
C0/MPa | 0 | C5 | 0.4 |
C1 | 0 | C6 | 0 |
C2 | 0 | E0/(MJ·m-3) | 0.25 |
C3 | 0 | Va | 1.0 |
表3 空气材料参数
Table 3 Material parameters of air
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 1.29 | C4 | 0.4 |
C0/MPa | 0 | C5 | 0.4 |
C1 | 0 | C6 | 0 |
C2 | 0 | E0/(MJ·m-3) | 0.25 |
C3 | 0 | Va | 1.0 |
工况 | ph/MPa | pv/MPa | k |
---|---|---|---|
1 | 0 | 0 | |
2 | 5 | 5 | 1 |
3 | 10 | 10 | 1 |
4 | 15 | 15 | 1 |
5 | 5 | 0 | |
6 | 10 | 0 | |
7 | 15 | 0 | |
8 | 0 | 5 | 0 |
9 | 0 | 10 | 0 |
10 | 0 | 15 | 0 |
11 | 15 | 2.5 | 6 |
12 | 15 | 5 | 3 |
13 | 15 | 7.5 | 2 |
14 | 7.5 | 15 | 0.5 |
表4 不同围压加载工况
Table 4 Different partial confining pressure loading conditions
工况 | ph/MPa | pv/MPa | k |
---|---|---|---|
1 | 0 | 0 | |
2 | 5 | 5 | 1 |
3 | 10 | 10 | 1 |
4 | 15 | 15 | 1 |
5 | 5 | 0 | |
6 | 10 | 0 | |
7 | 15 | 0 | |
8 | 0 | 5 | 0 |
9 | 0 | 10 | 0 |
10 | 0 | 15 | 0 |
11 | 15 | 2.5 | 6 |
12 | 15 | 5 | 3 |
13 | 15 | 7.5 | 2 |
14 | 7.5 | 15 | 0.5 |
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