节理岩体爆破数值模拟
柱状节理岩体爆破开挖松动的数值模拟
柱状节理岩体爆破开挖松动的数值模拟王晗;陈明;卢文波;朱亮;严鹏【摘要】Columnar joints were created by Voronoi method,and blast load was applied to the wall of borehole. Discrete element model was generated to simulate the process of smooth blasting in the underground caverns. Differ-ent in-situ stress level was set to study the mechanism of the loosing of columnar jointed basalt under the coupling effect of the in-situ stress and blast load during blasting excavation. Result shows that,two kind of failure mode,open and shear slip,are found in the columnar joints during blasting excavation,and the joint plane closed after the open-ing of the columnar joints. Compared with the quasi-static unloading,transient unloading has greater effect on the loo-sing of surrounding rock. The higher the in-situ stress level is,the bigger the loosing deformation zone becomes.%采用Voronoi方法生成柱状节理，并在炮孔壁边界施加爆炸荷载，建立离散元数值模型模拟地下洞室光面爆破过程。
岩爆破坏过程能量释放的数值模拟
第29卷第3期 岩 土 力 学 V ol.29 No.3 2008年3月 Rock and Soil Mechanics Mar. 2008收稿日期：2007-09-21作者简介：王耀辉，男，1971年生，博士，主要从事岩石力学与地基基础方面的研究。
E-mail: wangyaohui@文章编号：1000－7598－(2008) 03－0790－05岩爆破坏过程能量释放的数值模拟王耀辉1，陈莉雯2，沈 峰3（1.中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉 430071；2.武汉市洪山建筑质量监督管理站，武汉 430074；3.武英高速公路项目建设部，武汉 430071）摘 要：岩爆是地下岩石开挖中的一种工程灾害现象，是岩体结构发生破坏时，由于内部储存的弹性能释放并转换为动能而造成动力形式的破坏。
岩爆破坏过程中的能量释放与岩体在应力峰值前后的应力-应变特性紧密相关。
另外，施工中开挖速度引起的加载速率的变化也会对岩爆的产生有明显影响。
以岩体全过程应力-应变曲线试验为基础分析岩爆破坏过程。
分析中采用的模型考虑了岩石峰值后应力-应变特性及加载速率的影响。
运用数值方法对岩石洞室的开挖过程进行了模拟，在模拟中对岩体破坏的发生及弹性能释放过程进行了分析。
数值分析结果显示，岩体洞室开挖过程中岩石破坏由岩体表面向岩体内部发展，岩石的弹性能释放率也随着破坏的发展而不断增加。
分析结果还显示，岩体破坏时的弹性能释放速率会随着开挖速率的提高而明显增加。
关 键 词：岩爆；数值模拟；应力-应变特性 中图分类号：O 382 文献标识码：ANumerical modeling of energy release in rockburstWANG Yao-hui 1, CHEN Li-wen 2, SHEN Feng 3(1. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. Hongshan Station for Supervision and Test of Building Engineering, Wuhan 430074, China; 3. Construction Department of Wuying Expressway, Wuhan 430071, China)Abstract: Rockburst is one of the disasters can occurr in deep mining and rock excavation. It is a kind of dynamic fracture excited by the released elastic energy previously stored in the rock mass. The elastic energy releasing is correlated to the post peak behavior of the excavated rock mass. On the other hand, the rockburst phenomenon is also correlated with the excavation rate. A numerical modeling for rockburst is presented. The modeling is based on the complete stress-strain behavior of rocks obtained in laboratory. The post peak stress-strain behavior is specially considered in the analysis. Furthermore, the influences of loading rates are also included. The excavation process of a tunnel in rock mass is simulated in the study. The fracture development and the elastic energy releasing rates under different loading rates are computed in the simulation. The computed results indicate that the fracture is likely to initially occur near the rock surface and then propagate towards the internal zone of the rock mass. It is also demonstrated that rockburst is more likely to be occurred under a higher excavation rate than that under a lower excavation rate. Key words: rock burst; numerical modeling; stress-strain behavior1 引 言岩爆是地下岩体工程施工中的一种灾害现象，它是在岩体开挖过程中，由于岩体内部储存的弹性能突然释放并大量转化为动能所形成的一种动力破坏现象。
爆炸应力波在层状节理岩体中传播规律及数值模拟
:mm
395
283
295 236
280 790
280 790
(a) 50 g
(b) 120 g
收稿日期：２０１６－１２－２６；修回日期：２０１７－０３－１０ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１１７４１２８）；教育部新世纪优秀人才支持计划项目（ＮＣＥＴ－０７－０５１９）；山东科技大学研究生科技创新基金
资助项目（ＹＣ１４０３２２） 作者简介：李 鹏（１９９１－），男，山东临沂人，硕士研究生，主要从事地下工程支护与岩土体加固研究。Ｅｍａｉｌ：１８６６９９７５１６６＠１６３．ｃｏｍ
图 ４ 不同药量下炮孔位置
Ｆｉｇ．４ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｂｌａｓｔｈｏｌｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｏｓｅｓ
本次试验采用的仪器为成都中科测控有限公司
研究发明的 ＴＣ－４８５０爆破测震仪，该仪器使用的是
分离式振动传感器，可对微小振动及超强振动进行
1号点 2 440 (b) 2
图 ５ 爆破振动测试测点布置 Ｆｉｇ．５ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｏｉｎｔｓｆｏｒｂｌａｓｔｉｎｇ
爆炸应力波在层状节理岩体中传播规律及数值模拟
李 鹏ａ，ｂ，周 佳ａ，ｂ，李 振ａ，ｂ
（山东科技大学 ａ．土木建筑学院；ｂ．山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东 青岛 ２６６５９０）
摘 要：为了得到爆炸应力波在层状节理裂隙岩体中的传播与能量衰减规律，以便更好地研究围岩结构动力稳定 性，以凤凰山铁矿为研究背景，建立了 ２种巷道模型：一种在巷道上方预设 ２个平行的水平节理，另一种不含节理。 通过进行相似理论与试验研究和 ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟软件的非线性动力反应对比分析，在输入爆破荷载后，分析在不 同时刻和位置时，完整岩体的地质力学模型和节理岩体的地质力学模型的爆炸应力波质点速度。结果表明：爆炸 应力波在节理岩体中的衰减比在完整岩体中的衰减快；在同一质点处，各方向上的衰减各不相同，并且 ２种方法的 结果几乎相同。研究成果为爆破应力波规律的把握和对巷道进行支护提供了重要的理论依据。 关键词：爆炸应力波；节理裂隙；衰减规律；爆破荷载；ＦＬＡＣ３Ｄ；数值模拟 中图分类号：ＴＤ２３５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－５４８５（２０１８）０５－００９７－０６
含孔洞节理岩体损伤破坏过程的颗粒流数值模拟
含孔洞节理岩体损伤破坏过程的颗粒流数值模拟张敏思王述红 侯佳男 郭牡丹 杨勇（东北大学资源与土木工程学院，沈阳 110004）摘要：基于颗粒流理论，引入颗粒接触连接本构模型，建立了岩体颗粒流数值模型。
通过含孔洞花岗岩试样损伤破坏试验和Particle Flow Code（PFC)离散元程序，对带有圆形空洞的花岗岩的单轴压缩试验进行了数值模拟，模拟试验观察到的空洞周边扰动区的损伤破坏过程。
与室内试验结果对比分析，PFC2D基本再现了脆性岩石的局部受压破坏现象，并且在破坏过程中可以得到应力-应变关系曲线，及其裂缝扩展过程图，进而通过声发射技术来监测微裂缝的演化过程。
通过改变计算模型中颗粒单元的性质，给出了在不同颗粒单元参数时试样的宏观性质，并且损伤破坏试验验证了本模拟的正确性，其研究结果对岩体本构关系的完善有一定的应用价值。
关键词：颗粒流；圆形空洞；数值模拟；声发射Particle Flow Code Numerical Simulation Of Failure Around aCircular Opening In Jointed Rock MassZHANG Minsi, WANG Shuhong, HOU Jianan,GUO Mudan, YANG Yong（School of Resource and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, Liaoning,China）Abstract: Based on particle flow code（PFC）theory , rock mass numerical models are constituted , in which different contact bond constitutive relation are introduced. The Uniaxial compression tests of failure around a circular opening in Granite sample are simulated by PFC2D respectively, and also by the lab test of failure around a circular opening in Granite sample. The failure process of peripheral disturbance around a circular opening is also simulated. Compared with the indoor test results, the local pressure brittle rock damage phenomenon is represented by PFC2D, and also the stress-strain curve and the crack propagation graph can be obtained through the failure process, the tiny cracks of the evolution process is monitored through the acoustic emission. Through the changes in the calculation model of particle nature of the unit, the macro properties of different parameter in the sample unit are given, more over, the correctness of the simulation is validated by the failure and simulation experiment and there has been certain practical value for the perfect constitutive relation of of rockmass.Keywords: particle flow code, a circular opening, numerical simulation, the acoustic emission基金项目：国家高技术研究发展计划（2007AA06Z108）；国家重点基础研究发展计划（2007CB209405）；辽宁省自然科学基金（2009）作者简介：张敏思，女，山东淄博人，东北大学硕士研究生，主要从事地下结构方面的学习和研究工作。
节理裂隙岩体隧道爆破仿真分析
节理裂隙岩体隧道爆破仿真分析
自然界的岩体中存在着节理、裂隙、断层、泥化夹层等软弱面,这些软弱面对隧道工程钻爆法开挖效果有着很重要的影响,因此研究节理裂隙岩体中隧道在爆炸载荷作用下的动力响应机制,对于合理采用凿岩爆破参数、提高爆炸能量利用率、改善爆破效果等均有其实际意义和理论指导作用。
本文在综合分析和研究已有节理岩体爆破理论、试验研究现状及爆破模型发展动态的基础上,以工程项目实体为基础,开展数值模拟研究。
选取隧道内RK343+665、RK343+667、
RK343+669、RK343+698、RK343+719、RK343+735六个典型断面作为实体,建立节理裂隙岩体隧道爆破模型,重现隧道光面爆破开挖过程。
将实际断面模型与完整岩体爆破模型进行对比,分析工程中存在的节理对隧道爆破成型效果的影响,从中分析引起隧道产生超欠挖的原因,继而提出软弱带内部不宜放置炸药的建议,并从能量的角度进行阐述和论证。
考虑到节理的物理力学特征,即节理产状、节理宽度、节理间距对隧道成型效果的影响,采用优化拉丁方方法进行DOE试验设计,基于Isight平台做了43组模拟实验,得到了这些影响因素对超挖的影响规律。
岩体中的节理是自然形成的,想获得较好的隧道爆破效果主要的方法是调整炸药参数及装药结构。
因此本文以减少超欠挖量、提高炸药能量利用率为目标进行了不同炮孔间距、装药密集系数情况下节理岩体的爆破优化分析。
爆炸聚能作用下岩石劈裂数值模拟研究
爆炸聚能作用下岩石劈裂数值模拟研究
在我国因为爆破工程数量众多，各种地质灾害频发常会产生大量的大块岩石，不仅影响工程生产效率，同时也对周围人员、设备都存在安全威胁，因此找到一种快速、高效、安全的去除这类岩石的办法是必要的。
利用线性聚能装药定向劈裂大块岩石就是基于此提出的。
本文结合理论研究、模型试验与数值模拟研究等手段，主要研究岩石在线性聚能射流作用下劈裂过程、装药结构的优化及装药结构与试件尺寸的匹配优化。
本文利用ANSYS/LS-DYNA模拟试件在线性聚能射流作用下劈裂的过程。
将数值模拟结果与模型实验结果进行对比，验证利用数值模拟的方法研究试件劈裂过程的可行性。
模型实验采用圆柱形混凝土试件，研究了药型罩锥角、炸高和试件本身尺寸与劈裂效果的关系。
利用数值模拟来分析试件内部的受力情况和试件在线性聚能射流作用下从起裂到破碎的具体过程，研究药型罩厚度、锥角、装药高度、线性装药长度、炸高对劈裂效果的影响。
为了减少实验次数设计了五因素四水平的正交实验，并以射流头部速度与侵彻深度作为评判指标，分别得出各因素对射流头部速度和侵彻深度的影响程度的关系、各因素对劈裂效果的影响规律。
找到最佳的装药结构，并对此装药结构在侵彻试件时的应力衰减规律进行拟合，找到与该装药结构匹配的试件的极限尺寸，并建立数值模型模拟对用此方法估算试件主劈裂面的尺寸的正确性进行验证。
节理岩体边坡渐进破坏的数值模拟研究
ｌｔａｅ提 出了一 种 引入 虚 拟 节 理 的方 法 （ １ ， ａｉｋ ｌ 图 ）
很好地解决了这一问题 。
节 理
下， 以牛顿第二定律为理论基础建立起来的， 它研究 的是块体集合体的运动特征问题 ， 并以微小运动状 态的求解来模拟地质体 的宏观大变形 ， 如地质体变 形演化发展到后期 阶段所具备 的变形特征等， 其基
随着时间的推移 （ 即时步的增加 ） 边坡的最大 ， 剪切位移量不断的加大。在边坡 的坡肩处 ， 出现了
明显的张拉应力区 ， 而在坡脚处 ， 出现了剪切应力 则
带 。从最大剪切位移的量值上可以看 出（ ３ ， 图 ） 边
坡刚开始开挖时 ， 迹长 ２ 的最大剪 切位移 量值 最 ｍ 大， 这说明在边坡刚开始时 ， 剪切应力对迹长 ２ ｍ的 边坡影响最大 ， 但是从 最大的剪切位移量 的数值上 来说 ， 还是相对 比较小 的。随着 时间的推移 ， 迹长 ３ ｍ的最大剪 切位移量显著增 加 ， 在三者 中处 于最 大； 迹长 ２ ｍ其次 ； 长 ｌ 迹 ｍ的最大剪切位移量值最
次所得的块体位置 ， 利用力 一 位移关系， 结合相应的
力边界条件 ， 计算出作用于某一特定单元上 的一组
作用 ， 节理裂隙的延展 、 交汇更加劣化 了岩体的力学
性质。岩体的强度和 内部裂隙分布等在空间上均具 有随机性 ， 根据它们的节理迹长、 倾角 、 空间间距 、 岩
力 ， 由这组力计算 出它们的合力 、 再 合力矩 ， 在此基 础上根据牛顿第二运动定律确定单元质心的加速度 和角加速度以及速度 和角速度 ， 再结合相应的位移 边界条件求得单元质心的位置和转动量 ， 进而可根 据力 一 位移关系和岩体的本构关 系更新作用在单元
数值模拟分析在有色金属矿山爆破安全中的应用综述
管理及其他M anagement and other数值模拟分析在有色金属矿山爆破安全中的应用综述曾华姣摘要：随着国民经济和计算机模拟技术的迅猛发展，爆破工程在各行各业的应用越来越广泛，随之产生的爆破震动、粉尘、冲击波等安全问题也日趋严峻，为了更好的解决其面临的问题和挑战，工程专家、研究学者将数值模拟分析技术应用到爆破行业中。
本文通过分析国内外有色金属矿山爆破、数值模拟技术的发展现状，研究数值模拟在有色金属矿山爆破中的爆破震动、爆破粉尘、爆破冲击波、爆破设计、超深等的应用情况，并总结数值模拟方法在有色金属矿山爆破安全中的应用优势及局限，供同行参考。
关键词：数值模拟；有色金属矿山；爆破安全；应用综述爆破工程就是利用炸药爆炸释放的能量，对周围介质进行抛掷破坏，达到特定工程目的的作用。
近几十年来，随着国家经济的高速发展，有色金属矿山对爆破工程的依赖越来越严重，其面临的新问题越来越多，面对的挑战越来越严峻，导致的诸如爆破地震、粉尘、环境破坏、坍塌失稳等问题也越来越严重，面对新挑战、新问题，传统的材料设备、研究方法、实施手段也跟不上时代的步伐，爆破行业在设备、炸药、爆破器材、方法、技术的改革势在必行。
在爆破行业改革如火如荼、发展日新月异的同时，计算机科学技术也在突飞猛进的发展，在信息化高速发展的大数据时代，随着计算机模拟技术的出现，很多工程专家、研究学者将目光放到了数值模拟上来。
数值模拟是通过计算机对具体问题利用图像直观展示出来，解决工程中存在的问题。
很多专家学者通过模拟研究，很好地解决了有色金属矿山工程项目中存在的复杂问题，比如在井下爆破中，通过利用数值模拟分析爆破时对围岩产生的应力的研究，大大降低了因爆破带来的围岩失稳问题；比如在露天爆破工程中，通过对爆破地震波的模拟分析，保护了项目周边的建筑物构筑物，降低了扰民问题；再比如通过对堵塞的模拟研究，使得爆破产生的有毒有害气体极大降低，保护了环境等。
数值模拟在有色金属矿山爆破工程中的应用，给行业带来了极大的好处，当然由于其存在的局限性，也带来了相应的问题，如何让数值模拟更好的服务于有色金属矿山爆破行业，是爆破行业今后发展的一大方向。
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对比炮孔轴线与节理面法向成不同角度布置， 且有１条充填节理时，其模拟结果表明，每一时刻的 有效应力值有明显的不同，说明当炮孔轴线与节理 面法向垂直时，爆炸能量衰减最快，斜交次之，只有 炮孔轴线与节理法向平行时，爆炸能量利用率较高。
对比节理岩体和均质岩体，在均质岩体中爆破 时，爆炸能量向四周均匀分布，能量利用率高，爆破 效果好；而节理岩体由于节理面的存在，使得应力波 在节理面处产生了复杂的反射和透射现象，不但改 变了应力波传播路径，形成了复杂的应力场，而且节 理面处发生剪切滑移破坏，使得爆生气体过早外逸， 爆炸能量分布不均衡，因而爆炸能量利用率低，加剧 了爆炸能量的衰减，明显影响爆破效果。 ２．３炸药爆炸动能分析
收稿日期：２００９—１０—０１ 作者简介：叶海旺（１９７１一），男，博士，副教授，研究方向：爆破与岩
土工程理论，Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｅｈａｉｗａｎ９３６９＠ｈｏｔｍａｉｌ．ＣＯｒｎ。
０引言
节理裂隙的存在使得岩体具有非连续性和显著 的各向异性，从而使得炸药爆炸于岩体之间的作用
万方数据
１４
爆破
２００９年１２月
ＹＥ Ｈａｉ—ｗａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｕｂｅｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）
炸药动能在短时间内达到最大值，大部分能量用 于压碎圈的岩石破碎，然后小部分能量用于裂隙圈的 岩石破碎，然后逐渐衰减为０。无节理时，炸药大部 分能力作用于岩石，能量基本很少有损失，动能峰值 为６．８９×１０９ Ｊ。有ｌ条垂直充填节理时，发生反射和 透射，炸药爆轰压力急剧衰减，尤其对于贯穿型通往 自由面的节理，能量衰减更为剧烈，动能峰值为４．９２ ×１０６ Ｊ。其余工况下的动能峰值分别为５．５７ Ｘ １０６ Ｊ、 ４．８３×１０６ Ｊ、５．７１ Ｘ １０６ Ｊ和５．９×１０６ Ｊ。
万方数据
对比充填节理和闭节理在同等爆破条件下的模 拟结果：炮孑Ｌ轴线与节理面法向垂直时，充填节理图 ４（ｂ）与闭节理图４（ｆ）相比较，表明充填节理要比闭 节理对爆炸能量的损耗要大。
对比节理面法向与炮孑Ｌ轴线相垂直的２条节理 和１条节理的模拟情况，即图４（ｂ）和图４（ｄ）相比 较，说明随着节理条数的增多，爆炸能量衰减会更加 剧烈，爆破破坏范围也受到了很大限制。
爆破底盘抵抗线上各单元等效应力的时间历程曲 线。各单元从右到左分别为：ｌ、２、３、４、５，这５个单
万方数据
１６
爆破
２００９年１２月
元到底部药包中心线的距离分别为５ ｍ、４．１ ｍ、３．２
ｍ、２．Байду номын сангаас Ｉｎ、１．４ ｍ。
模型１至模型６上的时间历程记录线上各记录 单元在８００ Ｉｘｓ等效应力值和最大等效应力值分别 见图５、表３和表４。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｄｕｒｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｂｏｕｌｄｅｒ ｙｉｅｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｊｏｉｎｔｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｊｏｉｎｔｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｒｕｌｅ ｏｆ ｅｑｕｉｖａｌｅｍ ｓｔｒｅｓｓ ａｔ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅｎｃｈ ｂｏｔｔｏｍ ｉｓ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｓａｌｎｅ ｔｉｍｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ．ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｅｎｏ ｅｒｇｙ ｉｎ ｊｏｉｎｔｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅ８ｌｌｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｃａｎ ｒｅｆｌｅｃｔ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｖｅ ａｎｄ ｉｆ ｔｈｅｒｅ ａｌｅ ｍｏｒｅ ｊｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｖｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｍｏｒｅ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｗａｖｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｗａｖｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ ａｃｃｏｒｄ－ ｉｎｇｉｙ；ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓ ｗｉｌｌ ａｌｔｅｒｎａｔｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ｑｕａｎｔｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ ｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ ｒｏｃｋ．Ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ａｔｔｅｎｕａｔｅｓ ｑｕｉｃｋｌｙ ｗｈｅｎ ｔｈｅｒｅ ａｌｅ ｊｏｉｎｔｓ ｉｎ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ａｒｃ ｆｉｌｌｅｄ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｗｉｔｈ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ａｔｔｅｎｕａｔｅｓ ｓｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｗｉｔｈ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｊｏｉｎｔｓ．Ａｌｌ ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｍ ａｂｏｖｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｈｅｌｐｆｕｌ ｆｏｒ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｂｅｔｔｅｒ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｒｅｓｌｌｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｂｅｎｃｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｗｉｔｈ ｊｏｉｎｔｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
律；炸药爆炸产生的动能在节理岩体中衰减快，透过闭节理时能量的衰减比透过充填节理要慢。爆炸能量透
过倾斜节理时衰减较慢，而透过垂直节理时衰减较快。
关键词： 台阶爆破；节理岩体；数值模拟
中图分类号：０３８１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—４８７Ｘ（２００９）０４—００１３—０４
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ Ｒｏｃｋ Ｍａｓｓ ｗｉｔｈ Ｊｏｉｎｔｓ ａｎｄ Ｆｒａｃｔｕｒｅｓ
第２６卷第４期 ２００９年１２月
爆破
ＢＬＡＳＴＩＮＧ
Ｖ０１．２６ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２００９
ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４８７Ｘ．２００９．０４．００４
节理岩体爆破数值模拟
叶海旺，王进
（武汉理工大学资源与环境工程学院矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，武汉４３００７０）
摘要： 岩体的节理裂隙常常会影响爆破效果，而且会由此增加大块率，提高爆破成本。为了探明节理岩
图４是分别是模型１—６在６００ Ｉｘｓ左右时的 Ｍｉｓｅｓ有效应力等值线图。
万方数据
第２６卷第４期Ｄ－Ｉ＇海Ｅ，王进节理岩体爆破数值模拟
１５
一吼＋∞＿）叫∞—口斡盘一‘（—口．｝～计∞－＿∞｝ｌｕｏ，Ｊｗ
ｍｉｎ＝０ ｍａｘ＝４．０８５ ６ｅ＋０８
Ｔｉｍｅ （ａ）
一０．５ ２ 巴 §０．４
曩
．拿
蔷０．３
体爆破特点，首先采用有限元方法模拟了节理岩体爆破应力场的分布特点，接着分析了在台阶底部不同点的
等效应力的变化规律，最后模拟了爆炸能量在节理岩体的传播规律。研究结果表明，节理裂隙能有效地反射
爆炸应力波，节理裂隙越多，波的反射就越强，而且反射波的强度随着弱面与岩体间的波阻抗的差值的增加
而加大；台阶底部各点的有效应力随着节理裂隙的存在而发生复杂的变化，而不象在均质岩体中一样有规
１数值模拟模型
建立计算模型采用如下尺寸（如图１所示），孔 深１１ ｍ，堵塞４ ｍ，超深１．０ ｍ，孔径０．０９ ｍ，底盘抵 抗线为５．０ ｍ，堵塞材料为钻孔岩屑。
爆破对象为花岗岩，花岗岩和节理材料参数见 表ｌ，炸药为２号岩石乳化炸药‘４剖，其性能参数见 表２。
透射边界
图１计算模型图（单位：ｃｍ）
表１花岗岩和节理材料参数
表２ ２号岩石乳化炸药参数
材料参数相同，同样装药结构条件下，根据有无 节理、节理有无充填以及节理面法向与炮孔轴线交 角情况，建立了６种不同的工况模型。
模型１：无节理；模型２：１条充填节理，节理面 法向与炮孔轴线垂直；模拟３：１条充填节理，节理面 法向与炮孔轴线斜交；模型４：２条充填节理，节理面 法向与炮孔轴线垂直；模型５：１条充填节理，节理面 法向与炮孔轴线平行；模型６：１条闭合节理，节理面 法向与炮孔轴线垂直。
Ｏ．２
Ｏ．１ ＾）２∞三∞∞＾１３
ａ＿王Ｊ回
０
０．００５
ｍｉｎ＝０ ｍａｘ＝２．１ ８０ ４ｅ＋０８
图３记录单元上有效应力时间历程图
０．０１０ Ｔｉｍｅ
（ｂ）
０．０１５
Ｎｏ ５
０．０２０
图４ ６００妒左右６种模型的有效应力等值线图
在各模型的台阶底部设置１条时间历程记录 线，取位于坡底线同一高度的５个单元，以记录台阶