爆炸落石抛掷速度影响因素的数值分析_孙波
对爆破振动速度影响因素的探讨
对爆破振动速度影响因素的探讨摘要：爆破振动速度是爆破地震强度的一个重要参数，准确地计算好爆破振动速度对指导爆破作业有重要意义。
文章根据贵阳市金阳新区金岭东路爆破现场测试情况，采用最小二乘法原理分析数据结果，探讨爆破振动速度的影响因素。
关键词：爆破；振动速度；最小二乘法；影响因素1 引言爆破以工程建设为目的，它作为工程施工的一种手段，直接为国民经济建设服务。
随着爆破技术应用范围的不断扩大，工程爆破带来的危害日益凸显，其中爆破地震波会造成人员、设备、建（构）筑物的伤害和损害是我们公认的危害之一。
爆破地震波中一个主要的参数是爆破振动速度，而爆破振动速度受多种因素的影响，萨道夫斯基提出了集中药包时的经验公式为：（1）其中Q表示装药量，R表示距爆源中心的距离，K和α为两个系数。
为了准确预测和计算爆破振动速度，往往依靠经验公式来计算，然而在一些工程当中，这种预测出来的爆破振动速度和用仪器测试出来的振动速度相差甚大。
文章结合工程实例来探讨爆破振动速度的有关因素，为以后的工程在考虑爆破振动因素和计算爆破振动速度提供参考。
2 现场试验2.1 工程概况贵阳市金阳新区金岭东路西起金岭西路与金阳北路的交叉口，向东于K0＋762.335（X＝51 256.000，Y＝63 343.900）处与观山北路相交，再向东于K2＋549.146（X＝51 182.600，Y＝65 113.300）处与长岭路相交，终点与210国道相连。
路堑开挖宽度为60 m，山体高度高低不等，最高处约为20 m，土石方开挖工程量约为20万m3，土方工程约占30%，石方工程约占70%。
爆区土质主要为黏性土，爆区石质为白云岩，呈赤褐色，结构疏松，属中硬以上岩石，结构完好。
爆区为独立山体，自身地下岩层含水量较少，爆破最低高程位置无地下水。
2.2 爆破和测试方案2.2.1 爆破方案针对该地块周围环境的特点，施工从上到下、由西向东分层、逐段爆破和开挖，并采用毫秒延时爆破方式进行土石方爆破。
城镇浅孔爆破逐孔起爆合理延时的研究
城镇浅孔爆破逐孔起爆合理延时的研究高腾飞;张智宇;王鑫尧;马军;李祥龙【摘要】Taking the blasting excavation project of a deep foundation trench in Kunming as the background,the 3D calculation model of short-hole blasting by hole-by-hole initiation was established to simulate the stress time-his-tory and the paticular peak velocity of different delay time,and got the reasonable interval time of hole-by-hole initia-tion . The results of simulation show that the delay time 35 ms or 50 ms can getgood rock fragment effects,but the pa-ticular peak velocity of delay time35 ms smaller,so the hole-by-hole initiation whith 35 ms interval can get better effects according to the required loosening blasting of project. The results of field test also proved that the plan of de-lay time 35 ms can get the best effects from comprehensive consideration of rock fragment,fly rock and blasting vi-bration,validated the results of numerical simulation.%以昆明市某深基坑爆破开挖工程为背景，构建浅孔逐孔起爆的三维数值计算模型，对不同延时的应力时程和质点峰值振速进行数值模拟，获得浅孔逐孔起爆的合理延时。
隧洞开挖爆破对地表振动速度影响的数值模拟分析
摘
要 ： 用有 限元数值 模拟 对地 下隧 洞爆 破 进行 模拟 ， 采 并与 实测 数 据进 行 对 比 ， 试结 果 与 测
数值模 拟振 动速 度峰值 结 果基本 吻合 。根 据 单元峰 值 有效应 力进行 回归 分析 ， 出基 本 遵循 负幂 得
指数 的 衰减规律 ， 且数值 模拟 能 够揭 示起 爆 药量和 爆 心距 的关 系。研 究结 果对 爆破 施 工 有一 定 的
站 区间贯穿 洪 山区珞瑜路 部分 地段 至卓豹 路 的双 隧
洞， 穿越 的地 貌单元 为长 江三 级阶地 ， 地表 多为第 四
系土层 所覆 盖 ， 只在 伏 虎 山地 段 有 基 岩 出露 。场 区 地 层岩 性为 ： 四系近代 人工 填土 ， 四系 中更新 统 第 第 冲积层 、 、 冲 洪积层 ， 四系残 破积层 及洞 穴堆积 物 。 第
Ａｂｓｒ ｃ ： ｉ ｌｔｏ ｓ ｄ ｎ ｎ ｕ ｄ ｒ ｒｕ ｕ ｎ ｌｂ ａ ｔ ｙ ｆｎｔ ｌｍｅ ｔｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌ— ｔ ａ ｔ Ｓ ｍｕａ ｉｎ ｗａ ｏ ｅ ｏ ｎ ｅ ｇ ｏ ｎｄ ｔ ｎ ｅ ｌ ｓｉ ｂ ｉ ｅｅ ｎ ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａ ｎｇ ｉ ｅ ｔｏ ｉｎ，ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒｓ ｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｒ ｏ ｔ ａ ｕ ｅ ａａ，ｔｓ ｅ ｕ ｔｗａ ｏ ｎ ｉ ｅ ｅ ｗｉｈ ｒ ｓ ｌ ｎ ｏ ａ ｉｏ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｗｅ ｅ ｄ ｎｅｗｉ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔｒ ｓ ｃ ｓ ｃ ｉ ｃｄ ｎｃ ｔ ｅ ｕ ｔ ｏ ｉ ｒ ｔ ｎ ｓ ｅ ｄ ｐ ａ ｎ ｉ ｒ ｔｏ ｐｅ ｄ ｂ ｕｍｅ ｉａ ｉ ｌｔｏ ｆｖ ｂ ａｉ ｐ ｅ ｅ ｋ ａ ｄ ｖｂ ａｉｎ ｓ ｅ ｙ ｎ ｏ ｒｃ ｌｓｍｕａ ｉｎ．Ｒｅ ｒ ｓｉｎ ａ ｌｓｓｗａ ｏ ｅ ｂ ｓ ｄ ｇ ｅ ｓｏ ｎａｙ ｉ ｓｄ ｎ ａ ｅ ｏ ｎ ｔｐ ａ ｆｅ ｔｖ ｔｅ ｓ ｔｅ ｕ ｔ ｎ ｌ ｗ ｏ ｌｗ ｈｅ ｎ ｇ ｔｖ ｗｅ ｎ ｅ ａ ｂａ ｉａ ｌ ｓｏ ｔｉ ｅ ． ｎ ｕ ｉ ｅ ｋ ｅｆ ｃｉｅ ｓｒ ｓ ，ａ ｔｎ ａ ｉ ａ ｆ ｌ ｏ ｏ ｔ ｅ ａｉｅ ｐｏ ｒｉ ｄ ｘ ｌｗ ｓｃ ｌ ｗａ ｂ ａｎ ｄ ｙ Ｎｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａｉｎ ｃ ｕ ｄ ｒ ｖ ａ ｈ ｅ ａｉｎｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ｉ ｉｉｔ ｎ ｄ ｓ ｇ ａ ｄ ｌｓ ｅ ｔ ｒ ｄ ｓａ ｃ ｍｅ ａ ｉ ｌｔｏ ｏ ｌ ｅ ｅ ｌｔ ｅ ｒ ｌｔｏ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔａｉ ｏ ａ ｅ ｎ ｂ ａ ｔｃ ｎ ｅ ｉｔ ｎ ｅ， ｉ ｏ
导爆索爆速的测定及影响因素分析
导爆索爆速的测定及影响因素分析摘要：导爆索作为一种常用的起爆器材，早在19世纪初就被发明并逐渐得到使用，长期以来一直作为传爆器材。
本文介绍了导爆索的概述，阐述了导爆索爆速的测量，并详细分析了导爆索爆速的影响因素。
关键词：导爆索；爆速；测量；影响因素导爆索是传递爆轰波的一种爆破器材，用来传爆或引爆炸药装药，是工程爆破中广泛使用的一种爆破器材。
导爆索爆速是爆轰波在导爆索中传播的速度，它是导爆索最重要的爆轰参数之一。
此外，不同于导火索，导爆索内传播的是爆轰波，且传播速度不低于6000m•S-1。
在同等条件下，爆轰速度主要取决于反应区中释放的化学能量，实际上，爆轰速度主要依赖于炸药装药直径、约束材料和装药的密度，且只有极小尺寸下爆速变化与约束材料有关。
因此，研究导爆索爆轰速度的影响因素对导爆索设计研究有着重要的意义。
一、导爆索概述导爆索是用以同时起爆数个药包或药块的线状火具，它由芯线、芯药（黑索金）及数层棉线和纸包缠制成。
其表皮为红色，以区别于导火索。
外径5.2～6.0毫米，通常每卷为50米。
用雷管起爆，爆速不小于5600米/秒。
导爆索感度较灵敏，受到摩擦、撞击、枪弹贯穿和燃烧时，都易引起爆炸。
防湿性能良好，两端密封，放入0.5米深的常温静水中，经24小时不失去爆炸性能。
二、爆速的测量导爆索的爆速即导爆索爆炸所产生的爆轰波沿导爆索传播的速度，单位以m/s计。
导爆索的爆速是衡量导爆索性能的重要标量之一。
爆速的测定方法可分为两大类。
第1类为测时法，它是利用各种类型的测时仪器或装置测定爆轰波从一点传到另一点的时间间隔；第2类为高速摄影方法，它是利用高速摄影机，借助于爆轰时波面的发光现象将爆轰波沿导爆索传播的轨迹连续地拍摄下来。
这种方法可测得爆轰波通过导爆索任一点的瞬时速度，缺点是仪器操作复杂，测试精度比探针法低。
目前用得较多的是测时法，测时法中用常用的是探针法。
传统的导爆索爆速测试方法简单易操作，但准确性较差，自动化程度低，不易说明问题，同时，无法从中分析导爆索爆速稳定性。
爆破飞石安全事故的偶然性
爆破飞石安全事故的偶然性作者：杨石春来源：《环球市场信息导报》2013年第07期产生爆破飞石的机理根据现代爆破理论，炸药的爆炸过程是爆轰波在炸药中的高速传播，对于工业炸药的爆速可达2500—7000m/s。
其前阵面是带冲击波的化学反映区，具有很高的温度梯度与压力梯度。
当炸药在岩体内起爆后，爆轰冲击波首先作用于周围岩石，使近区岩石激烈振动、破裂、变形后衰减为岩石应力波。
紧随其后的高温高压爆轰产物气体的膨胀作功，挤压已被破裂岩石作径向位移，进一步加剧岩石的破碎，并使破碎岩体向自由面方向隆起，产生鼓包运动及随后的岩石抛掷。
其剩余能量又转化为空气冲击波。
由于上述爆破机理非常复杂，目前已被确认的影响因素至少在30种以上。
这些因素可归类为岩石参数、炸药参数与装药参数。
岩石参数包括岩石密度，抗压、抗拉、抗剪强度，弹性摸量、剪切模量、泊桑比及层理、节理走向，发育程度与软弱夹层，地形特征等。
炸药参数包括密度、爆速、爆压、爆热、猛度及化学组成、质量稳定性与抗水性能等装药参数是根据岩石参数、炸药参数与工程目的确定的技术参数，包括爆破作用指数、单位装药量、最小抵抗线、堵塞长度、装药量、装药结构及药包间距、排距与起爆的顺序、间隔与网路等。
根据爆破漏斗理论，上述众多参数之间的最本质联系就是装药量与最小抵抗线的平衡。
当装药量过大或爆破抵抗线过小，就可使被抛起的岩石获得过大的能量与初速，使爆破漏斗内的岩石碎块飞射出预侧的范围，造成爆破飞石的安全事故对装药过程中因各种原因发生意外的提前爆炸的早爆事故，由于是在仍未达到装药量与抵抗线平衡时爆炸，往往会产生大量飞石与强大的空气冲击波，对爆破作业人员与周围环境、人员造成重大伤害。
因起爆故障造成的拒爆，是在后继作业开始后突然爆炸。
由于已爆药包破坏了拒爆药包抵抗线的平衡，也往往会产生大量飞石与强大的空气冲击波等危害效应。
爆破飞石的安全事故包括大量飞石事故与个别飞石事故。
引发飞石事故的成因及偶然因素引发爆破飞石安全事故的成因可归纳为以下三方面的因素。
爆破地震破坏判据的探讨
第２５卷增刊 岩 土 力 学 Ｖｏｌ．２５ Ｓｕｐｐ． ２００４年９月 Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｓｅｐ． ２００４ 收稿日期：2004-07-16作者简介：石崇，男，1978年生，硕士生，主要从事岩土力学爆破方面研究。
文章编号：1000－7598－(2004)增刊－0115－04爆破地震破坏判据的探讨石 崇，毕卫国（山东科技大学 工程爆破研究所，山东 泰安 271019）摘 要：对比了旧、新爆破安全规程并分析了其中的缺陷，对爆破破坏判据进行了讨论。
根据其缺陷提出通过小波分析和傅立叶分析把地震波信号划分为几个频带，采用加权速度结合频率破坏判据，分频考虑地震波的频率影响。
对工程应用有较大的实用价值。
关 键 词：爆破破坏判据；小波分析；傅立叶分析；加权 中图分类号：P 315.3 文献标识码：ADiscussion of blasting damage criteriaSHI Chong, BI Wei-guo(Institute of Engineering Blasting, Shandong University of Science and Technology, Tai’an 271019, China)Abstract: The old and the new safety regulations for blasting are compared and the blasting damage criteria is analyzed. In light of their shortcomings, the following measures are proposed: Fourier analysis and wavelet analysis are used to divide seismic wave into several bands, then the velocity safety criterion associated with frequency is put forward to fit the effect of blasting seism. There is much innovation in theory and value for engineering.Key words: blasting damage criteria; wavelet analysis; fourier analysis; weighted1 引 言随着国民经济建设的发展和众多重大基础设施的兴建，岩土爆破日益发挥着重要作用，它加快了工程建设的速度，节省了建设费用。
岩爆的影响因素分析及预测--孙旭宁
岩爆的影响因素分析与预测孙旭宁1赵国斌2，3张国泉4（1 武警水电第二总队第七支队，江西鹰潭3350002 中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院工程地质力学重点试验室，北京，1000293 中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津，3002224武警水电第二总队第七支队，江西鹰潭335000）摘要岩爆是一种地下工程建设过程中常见的地质灾害现象。
对发生岩爆的工程实例进行研究分析，是对岩爆问题进行充分认识的基础。
文章总结了国内外部分工程实例岩爆发生情况，分析了影响岩爆的主要因素和部分特征，并通过对齐热哈塔尔引水隧洞支洞施工过程中岩爆的发生特征分析，对引水隧洞主洞的岩爆发生情况进行了预测，并认为，工程施工过程中要不断的认识和总结岩爆的发生规律将更有利于岩爆的预测与预防。
关键词岩爆岩性地应力构造埋深地下水齐热哈塔尔1 引言地下工程建设过程中遇到的高地应力、高埋深、高外水压力等复杂的工程地质环境，使隧洞的设计与施工遇到很多复杂的工程地质问题，诸如岩爆、高地温、突涌水等，此类地质灾害的发生具有不可预测性，突发性，强破坏性等特点，严重影响隧洞的施工进展。
这些问题中，岩爆的发生及其造成的恶劣后果较为突出。
岩爆是具有大量弹性应变能储备的硬脆性岩体，在开挖过程中，引起地应力分异、围岩应力跃升及能量进一步集中，在围岩应力作用下产生的张～剪脆性破坏，并伴随声响和震动，而消耗部分弹性应变能的同时，剩余能量转化为动能，使围岩由静态平衡向动态失稳发展，造成岩片（块）脱离母体，获得有效弹射能量，猛烈向临空方向抛（弹、散）射为特征，是经历“劈裂成板—剪切成块—块片弹射”渐进过程的动力破坏现象[1]。
岩爆灾害是地下工程中比较常见的地质灾害之一，它的发生不仅严重威胁施工人员及设备的安全、影响施工进度，而且还会造成超挖、初期支护失效，严重时还会诱发地震[2]。
岩爆发生的影响因素包括岩性、岩体结构、地应力条件、地下水状态、施工方法等。
小波分析在爆破振动加速度推求中的应用
计算 ， 继而采用小 波变换的方法消除加速度波形 中因数据误差 带来 的高频噪声成 分 ， 以得 到准确 、 可 清晰的爆破 振
动 ： 速度 时 程 曲线 。 加
［ 关键词 ］ 爆破振动 加速度 小波分析 ［ 分类 号］ ＴＤ２ ５ ３
（） ３ ３ ３ ６ ５ ： ７ ～ ７
５ Ｋｌｎ Ｗ ， Ｗ ｉ ｄ ｃ ｅ ｅｋ ｄ ｅ ｋ Ｎ ， Ｆｒ ｈ Ａ． Ｄ ｓｎ ｅ ｒ ｔｏ ｏ ｏｎ ｉｉｔｇ ａ ｉｎ ｆ
ｄ ｒＣ ｅ ｏ
， ９ ５， ２ ～ ２ ４ １９ ２ ９ ３
６ 谢波 ， 范宝春 ， 王克全． 大型通道中被动式水雾抑爆效果
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌＩ ｅ ｔｇ ｔｏ ｈｏ ｋ Ｗ ａ ｅ Ｄｅ ａ ａ ｅ ｉ ｔｉ ｕ ｔ ｐ ｒ ｍ ｎ ａ ｎｖ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｏｆＳ ｃ ｖ ｃ ｙ ｂｙ Ｗ ｔ ｒ Ｍ ｓ ｎ Ｄ ｅ ＹｅＪｎ ｆ ｎ ｉｇａ ｇ，Ｄ ｎ ｎ ｏ ｇＧａ ｇ
荷 载 信息 通 常是 建筑 物 基 础 的振 动 加 速 度 ， 而规 范 中给定 的安全 振动 控制 标 准及实 际监 测 的爆破 振动 物 理 量 又是 质点 振 动 速度 ， 因此 如何 利 用 爆 破 振动
通过 数值 微分 计算 ， 采 用一定 的信 号处 理手 段 ， 并 得
到准 确 、 清晰 的加 速度 历 程 曲线 ， 于具有 大量 实测 对 速 度 资 料 而未 进 行 加速 度 监 测 ， 时又需 要进 行 建 同 筑 物 的动力 响应 计算 的场合 ， 疑具有 重要 的现 实 无
控制 标 准 的［ 。 年来 ， １近 ］ 对重 要 的建筑 物进 行爆 破振
爆破地震波引起结构响应的频率因素分析
爆破地震波引起结构响应的频率因素分析第２１卷第３期爆破ＶｏＩ２１Ｎｏ３２００４年９⽉ＢＬＡＳＴＩＮＧＳｅｐ２００４⽂毒编号：１００１—４８７ｘ（２００４）０３⼀００８７—０３爆破地震波引起结构响应的频率因素分析毕卫国，⽯崇（⼭东科技⼤学⼯程爆破研究所。
⼭东泰安２７１０１９）摘要：不同的频率成分对蛄构的影响有着显著的差别，与结构⽩振蓣率接近的频率对结构破坏起的作⽤⼤．相反则⼩。
时地震波的主额变化规律进⾏了探讨．简化了计算模型。
井根据蛄构响应对不同频率成分的影响进⾏验证．对爆破地震波中的频率因素进⾏了分析。
最后提出可以采⽤多主频进⾏计算以减⼩误差。
关键词：爆破地震波；主频；振动；⼩波包中图分类号：ＴＤ２３５．４⽂献标识码：ＡＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙＦａｃｔｏｒｉｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅＲｅｓｐｏｎｓｅＩｎｄｕｃｅｄｂｙＢｌａｓｔｉｎｇＳｅｉｓｍｉｃＷａＶｅＢｌＷ拉ｇｎ０，ｓＨｌＣｈｏｎｇ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢ１ａｓｔｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ｓｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎ０１０９ｙ，Ｔａｉ’ａｎ２７１０１９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｃａｎｍａｋｅｎｏｔａｂｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｓｔｒｕｃｔｕ惜Ｔｈｅｍｏｒｅａｐｐｍｘｉｍａｔｅｆｒｅ—ｑｕｅｎｃｙｉｓ，ｔｈｅｄａｍａｇｅａｃｔｉｏｎｉｓｍｕｃｈｌａｒｇｅｒ，ｖｉｃｅ，ｉｔｗｉｌｌｂｅ锄ａｌｌｅｒＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅｉｓｄｊｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃ８Ｉｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ．ａＩｓｏｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｖｅｒｉｆｊｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｓｐ。
ｎｓｅｕｎｄｅｒｔ１１ｅａｃｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ．ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆａｃｔｏｒｉｎｂｋｔｉｎｇｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅｉｓａｎａＩｙ捌．Ａｔｌ耐，ｍｕｌｔ⼆ｆｒ。
声波测试技术在评价爆破震动对岩体的影响中的应用
２ ０ １ ５第 １ ｏ Ｒ 第１ 期
应 用 。Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｌ ｙ ７ ８ ＠ ｌ ２ ６ ． ｃ ｏ ５
Ｖ０ １ ． １ Ｏ Ｎｏ ． １
黄来源等 ：声波测试技 术在评价爆破 震动对岩体 的影 响中的应 用
第１ ０ 卷 第１ 期
可 以进 行 评 价 的。 声 波 测试 的方 法 能 够立 体 地 、 形 象地 圈
程４ ９ ０ ｍ， 最大坝高７ ７ ． ３ ５ ｍ。 水道和地下厂房系统布置在上 下水 库之 间的山体 内， 设竖井高压管道 ， 钢 板衬砌 ； 采用
一
声波测试技术是根据声波脉冲在岩体中的传播速度 与岩体的密度、 介质性质、 风化程度以及结构面等地质状
况相关 ， 通 过 检 测声 波 在 岩 体 中 的传 播 速 度 可得 到 岩 体 质 量 和强 度 的 相关 信 息 。 爆破 施 工中岩 体 声波 测试 的 目的
坝高 ５ ７ ｍ， 全 库 采用 复式 沥 青混 凝 土 全 面 防渗 。 下 水 库 利
距 离， 忽 略了大 药量爆破产生 的冲 击波效应对库盆边缘 和底部岩体 、 已有结构 的破坏 ， 这就 需要我们采 用有效
的 技 术 监 测手 段 和 评 价 方 法对 爆 破 震 动 的影 响范 围 进 行 分析， 确定 岩体 松动和 结构破 坏区域 ， 用 以 指导 爆 破 掘
２ Ｏ１ ５
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第16卷 第3期2010年9月 工程爆破ENGINEERING BLAS TING Vol .16,No .3September 2010文章编号:1006-7051(2010)03-0028-04爆炸落石抛掷速度影响因素的数值分析孙波,石少卿,汪敏(后勤工程学院军事建筑工程系,重庆400041)摘 要:运用有限元软件LS -DYNA 模拟弹体在岩石边坡内爆炸的过程,对不同岩石性质、不同弹体装药量和不同侵彻深度下爆炸落石速度进行了计算分析。
计算结果表明:不同地质岩质的爆炸落石抛掷速度不同,岩石密度越大,则落石抛掷速度越小;随着弹体装药量增加,处于爆破中区的落石抛掷速度增加不明显,爆破近区和爆破远区的落石速度增加比较快;随着弹体侵彻深度增加,爆炸落石的抛掷速度逐渐减小。
同时,由于破坏区各点在能量的吸收和转化上并不一致,在破坏区内,爆炸落石的抛掷速度并不与到爆心的距离成正比。
关键词:数值分析;爆炸落石;抛掷速度;岩石性质;弹体装药量;侵彻深度中图分类号:T D235.4+7 文献标识码:AN UM ERICA L A N A LYSIS OF EXPLOSIO N RO CK FA LLV ELOCIT Y WIT H DIFFEREN T FA CTO RSSU N Bo ,S H I Shao -qing ,W A NG Min(Dept .o f Architectural E ngineering ,S chool o f Logistics Engineering ,Chongqing 400041,China )ABSTRAC T :ANS YS LS -DYNA w as applied to simulate the ex plo sion pro cess of rock slope and the tossed velocity of ro ckfalls unde r the impact of different rock prope rties ,explosive lo ads and penetratio n depth w as calculated and analyzed .The results show ed that diffe rent rock properties w o uld fo rm different tossed velocity of rockfalls ,the large r the rock density w as ,the slow er the to ssed velocity o f ro ckfalls w as .With the increase of ex plo sive lo ad ,the to ssed velocity of rockfalls in the middle explosion area w as no t in -creased obviously ,w hile in near and distant ex plosion areas ,the tossed velo city o f rockfalls w as increased rather quickly .A nd with the increase of pene tration depth ,the tossed velocity of rockfalls w as reduced gradually .Meanw hile ,because the absorption and transform ation o f energy w as different in damaged are -as ,the tossed velocity of rockfalls w as no t in propor tion to the distance fro m the po siton w here the rockfall fo rmed to the explosio n center .KEY WORDS :Num erical analysis ;Explosio n rockfall ;T ossed velo city ;Rock proper ty ;Explosive load ;Penetratio n depth收稿日期:2009-12-05基金项目:总后基建营房部资助项目。
作者简介:孙波,硕士生,主要从事防灾减灾及防护工程方面的研究工作。
1 引 言落石是指个别块石因某种原因从地质体表面失稳后经过下落、回弹、跳跃、滚动或滑动等运动方式中的一种或几种的组合沿着坡面向下快速运动,最后在较平缓的地带或障碍物附近静止下来的动力演化过程〔1〕。
从研究进展来看〔2-5〕,民用领域的落石研究较为成熟,但是在防护工程领域,爆炸形成的落石防护研究是一个新的课题。
特别是随着军事技术的发展,对以洞库为代表的战役目标进行打击将是未来战争的重要方式,如何防护洞库口部的爆炸落石并保证洞库口部的安全受到越来越多的关注。
作为爆炸落石防护设计的基本依据,爆炸落石抛掷速度是研究的重点。
由于岩石破坏的复杂性、弹体打击的多样性,关于弹体打击作用下爆炸落石抛掷速度的理论研究还比较缺乏。
本文通过有限元软件LS -DYNA 模拟弹体在不同岩石性质、不同弹体装药量和不同侵彻深度爆炸,对落石的抛掷速度进行了对比分析,以期研究不同因素对爆炸落石抛掷速度的影响。
2 爆炸落石抛掷速度影响因素的提出目前,有关爆炸落石抛掷速度研究主要集中于控制爆破领域,比较典型的爆炸落石抛掷速度公式主要有以下三种:(1)条形药包计算公式。
假定在爆破漏斗内从药包中心发射的角单元的抛掷速度相等,则落石速度v 可用下式表示〔6〕:v =v 0[1-(r /r 0)a](1)v 0=v s12.1[K f (n )]-1/3-0.75(1+n 2)3-1(2)f (n )=[(1+n 2)/2]9/4(3)式中:r 为地面各点到爆心在地面投影点的距离,m ;r 0为爆破漏斗半径,m ;a 为与炸药等参数有关的常数;v 0为药包中心角单元的抛掷速度,m /s ;K 是炸药单位用量,kg /m 3;v s 是介质破坏的临界速度,m /s ;n 是爆破作用指数;f (n )是爆破作用函数。
(2)球形药包计算公式。
基于流场中流体运动的比拟方法,根据能量守恒原理可得球形药包爆炸形成的落石抛掷速度〔7〕:v =n ξ22[1-e-ξnW(1+ξnW )]6gE W πρ·e -ξr(4)式中:ξ为岩石抛掷能量分布系数;g 为重力加速度,m /s 2;W 为最小阻力抵抗线,m ;ρ为岩石密度,kg /m 3;E 为岩石爆破抛掷能量,一般取为炸药能量的0.14～0.16倍。
(3)经验公式。
忽略空气阻力,落石抛掷速度可表示为〔8〕:v =(71K 0.58g /sin2α)0.5(5)式中:α为落石抛掷角;g 为重力加速度,m /s 2;K 为炸药单位用量,kg /m 3。
通过比较上述公式,可以发现与炸药爆炸引起的落石抛掷速度相关的参数有:介质破坏临界速度v s ,爆破作用指数n ,岩石密度ρ,岩石爆破抛掷能量E ,最小阻力抵抗线W ,炸药单位用量K 等;其中v s、ρ与岩石性质相关,n 、E 、K 与炸药量相关,W弹体侵彻深度相关。
根据炸药爆炸和弹体打击作用的相似性原理,消除部分具有相关性的参数,可以得到与弹体打击作用下爆炸落石抛掷速度有关的影响因素主要有以下三个:岩石性质、弹体装药量、弹体侵彻深度。
为研究上述因素对弹体打击作用下爆炸落石抛掷速度的影响,下面运用LS -DYNA 软件进行分析。
3 计算模型和材料参数考虑到弹体打击的影响范围和计算的方便,选取某边坡段作为研究对象:坡段长10m ,坡底面宽8m ,坡顶面宽4.9m ,坡高11.59m ,坡倾斜角为75°。
由于边坡在长度边界具有对称性,因此计算时选取1/2的边坡计算模型,同时在除边坡自由面和对称面以外的边界上定义非反射边界模拟半无限区域。
计算模型如图1所示,其中H 为弹药到边坡坡面的距离,L 为装药部分长度。
图1 计算模型Fig .1 Calculation model岩石的本构关系采用LS -DYNA 中的弹塑性硬化材料模型(M AT PLASTIC KINEMA TIC )描述。
此材料模型考虑了岩石介质材料的弹塑性性质,并且能够对材料的强化效应(随动强化和各向同性强化)和应变率变化效应加以描述,同时带有失效应变。
表1给出了三组岩石材料参数〔9,10〕。
表1 岩石材料参数T able 1 M aterial parameter s o f ro cks岩石密度/(kg ·m -3)弹性模量/GPa 泊松比屈服应力/M Pa 花岗岩2630500.1640白云岩2200330.2024大理岩3000450.23130岩石切线模量/GPa 抗压强度/M Pa 抗拉强度/M Pa 花岗岩12.57024白云岩7.754214·29·孙波等:爆炸落石抛掷速度影响因素的数值分析 弹体模型采用GBU-28炸弹,弹长为5.84m,弹径为370mm,弹壳厚1cm,弹体装药长度为1.9m,装药半径0.35m,装药量306kg,弹体计算模型爆心位于装药中心位置,弹体侵彻深度为弹体装药部分长度与弹药部分到边坡距离之和,图1给出了弹体在边坡计算模型中的位置。
炸药采用高能炸药材料模型描述,该材料可以模拟炸药的爆轰过程,炸药材料参数如下:密度/(kg·m-3)爆速/(m·s-1)A/GPa B/GPa 167070003713.223R1R2ωE o/GPa4.20.950.37.0 炸药状态方程采用JW L方程,其表达式〔11〕:p=A1-ωR1V e-R1V+B1-ωR2Ve-R2V+ωE0V(6)式中:A、B、R1、R2和ω为材料常数,p为压力,V为相对体积,E0为初始比内能。
空气采用NU LL材料模型以及LIN EA R POLYNOM IAL状态方程加以描述。
线性多项式状态方程:p=C0+C1μ+C2μ2+C3μ3+(C4+C5μ+ C6μ2)E(7)μ=1/V-1(8)式中:p为爆轰压力;E为单位体积内能;V为相对体积,初始相对体积V0取1.0。
空气材料参数〔12〕如下:密度ρ=1.3kg/m3,E0 =3.25×105J/m3,C0=0.1M Pa,C1=C2=C3=C6 =0,C4=C5=0.4。
4 爆炸落石抛掷速度影响因素分析基于方便分析爆炸落石速度的需要,特提出如下假定:①不考虑速度的三维分布,仅考虑单个平面内的速度问题;②不考虑落石的碰撞回落现象,获得速度的碎石全部抛出成为落石;③鉴于落石尺寸远小于岩石边坡的尺寸,本文以岩体失效质点速度作为落石的速度。