双孔切缝爆破裂纹扩展机理及损伤特性研究

摘要

为研究双孔切缝爆破控制断裂损伤效果，开展现场双孔切缝爆破试验，结合ANSYS/LS-DYNA软件构建试验双孔切缝爆破模型，对比分析其裂纹扩展与孔壁气体单元压力变化。现场结果表明：爆后两炮孔间在切缝方向形成贯穿相交断裂面，半眼残痕更加明显；改变切缝角度至157°,裂纹仍会向切缝方向发展，切缝导向作用不受角度改变而影响；增设孔间空孔时断裂效果优于无空孔切缝爆破，说明空孔的存在能有效改善切缝爆破的定向断裂效果。模型结果显示：裂纹扩展与损伤与现场结果基本拟合，对比分析双孔切缝爆破与普通光面爆破模型，应力波的叠加作用使得孔间裂纹发育发生偏转，在两炮孔间形成裂纹空白带；分析孔壁0°～90°周围气体单元压力峰值，切缝方向达到压力峰值的时间早于非切缝方向，切缝爆破在0°～15°区间内，压力峰值下降幅度较大，随后曲线逐渐趋于平缓，角度越大，峰值变化也越来越小；切缝管在爆炸过程中有效地控制爆炸能量的分布，在切缝处形成应力集中，最大应力峰值约为垂直方向4倍以上。

关键词

聚能切缝爆破 / 双孔爆破 / 数值模拟 / 爆破损伤 / 压力分析

基金资助

国家自然科学基金项目(No.51874189); 山东省自然科学基金资助项目(No.ZR2023ME106); 2021年度矿山地下工程教育部工程研究中心开放基金资助项目(JYBGCZX2021102)