冰岩耦合体爆炸应力波传播特性分析

摘要

寒区矿产资源露天爆破开采设计及其致灾防治已成为我国西部能源安全开采领域的关键性问题。为研究高寒地区露天矿山爆破开采工程中应力波在饱冰裂隙岩体中传播机制，先给出冰岩耦合体的一般定义，界定冰岩耦合体基本特征及其与冻结土体的差异性；其次，采用RFPA^2D-Dynamic数值试验方法揭示了爆炸应力波在冰岩耦合体中传播过程，实现波峰运移可视化，发现并分析了应力波在裂隙冰与基岩交界处透、反射现象；进一步，讨论了裂隙冰数量、间距、厚度对应力波在冰岩耦合体中传播规律的影响，研究结果表明：爆炸应力波在完整基岩中传播效果最好，在冰岩耦合体传播效果次之，在含空气裂隙岩体中传播效果最差；与完整基岩相比，裂隙冰的存在削减应力波幅度，应力波在岩棒模型中衰减程度从6.1%变成7.1%;应力波在冰岩耦合体中传播效果受裂隙冰厚度、数量影响较为明显；而间距对其影响较小，透射系数维持在0.925;透射应力波幅值随裂隙冰厚度、数量增加而逐步降低；应力波衰减程度随裂隙冰厚度变化满足：y=0.6527+0.03687x,随裂隙冰数量变化满足：y=0.0715+0.0026x。研究结果为高寒地区露天矿山开采爆破参数设计以及灾害的预防提供理论研究基础。

关键词

高原寒区 / 冰岩耦合体 / 爆炸应力波 / 波传播 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.42050201); 冻土工程国家重点实验室开放基金课题(No.SKLFSE202013)