光面护壁爆破机理及动光弹试验3

岩石爆破,爆破工程,爆破机理

第26卷　第2期

2009年6月

爆　破　　

BLASTING　　

Vol.26　No.2　　

Jun.2009　　

文章编号:1001-487X(2009)02-0010-05

光面护壁爆破机理及动光弹试验

陈晓玲,蒲传金,郭学彬

(西南科技大学环境与资源学院,绵阳621010)

摘　要:　在理论上分析了光面护壁爆破新技术的作用原理。开展了动态光弹性试验,过程的等差条纹图。通过对条纹图的分析表明,,的冲击作用,临空面和护壁面之间的剪应力差值高达3.5,面的重要动力。关键词:　控制爆破;　;剪应力中图分类号:T　SastingMechanismofPipeProtectingBoreholeWall

andDynamicPhotoelasticityExperiment

CHENXiao2ling,PUChuan2jin,GUOXue2bin

(SchoolofEnvironmentandResource,SouthwestUniversityofScience

andTechnology,Mianyang621010,China)

Abstract:　Smoothblastingmechanismofpipeprotectingboreholewallisanalyzedtheoretically.Dynamicphoto

elasticityexperimentisconducted,andtheisochromaticfringesgraphsintheprocessofsmoothblastingofpipepro2tectingboreholewallisobtained.Analyzingthosegraphsshowsthatshockeffectofexplosionproductiontoprotectingfacecanbegreatlyreducedowingtoprotectioncasing.Shearstressdifferencebetweenfreefaceandprotectingfacereaches3.5times.Itistheimportantpowerforshapingsmoothcrackfaceofblasting.Experimentresultscanprovidereferenceforapplicationofsmoothblastingofpipeprotectingboreholewall.

Keywords:　controlledblasting;smoothblastingofpipeprotectingboreholewall;blastingmechanism;dynamic

photoelasticity;shearstress

前言

针对光面(预裂)爆破存在的不足,人们在长期

的理论、试验研究和工程实践的基础上,提出了定向

[124]

断裂控制爆破系列技术。这类技术通过聚能效应基本能够达到形成光滑开裂面的目的,然而基本上仍然没有解决爆破对保留岩体(围岩)的损伤破坏问题,同时对于有效利用爆炸能量破碎临空面方

向岩石方面也存在不足。鉴于此,提出了一种新的控制爆破技术———光面护壁爆破技术,这种爆破技术基本能够同时达到较好的形成光滑开裂面和保护保留岩体(围岩)少受或免受爆破损伤、同时较好破碎临空面方向岩石的目的。作为一种新的控制爆破

[526]

技术,通过动态光弹性法试验,研究其爆破机理,以更好地指导工程应用。

1　光面护壁爆破原理

1.1　光面护壁爆破过程分析

收稿日期:2008-12-23

作者简介:陈晓玲(1966-),女;绵阳:西南科技大学环境与资源学

院高级实验师。

光面护壁爆破的实质是在保留岩体(围岩)一

岩石爆破,爆破工程,爆破机理

第26卷　第2期　　　　陈晓玲,蒲传金,郭学彬　光面护壁爆破机理及动光弹试验11

侧的药柱外安装1层或多层一定密度和强度的护壁套管,如图1所示

。

切向拉应力波峰值和径向压应力波峰值。

σσrmax≈P(1)θmax=b

式中,σθmax为切向拉应力波峰值;σrmax为径向压应力波峰值;b为系数;P为普通光面爆破(无套管护壁)时作用在孔壁的初始径向应力波峰值。

2)爆生气体作用

孔壁受到较大的准静态应力为:

σr(θ)=P1

(2)

图1　光面护壁爆破装药结构示意图

Fig1　Sketchofchargestructureonsmoothblastingof

double2pipeprotectingboreholewall

爆破时,对于护壁面一侧,圆护壁套管内壁,,波,波。透射波经护壁套管的阻隔和护壁套管与孔壁之间的环形空气衰减后,能量大大降低,同时护壁套管本身也产生变形与位移,吸收部分能量,从而能大大降低冲击波对孔壁介质的损伤破坏作用,因此能达到保护孔壁介质免受或少受爆破损伤影响的目的。

在套管端点和临空面一侧,由于不存在任何阻力作用,该方向上的孔壁介质直接受到爆炸产物(包括护壁面一侧反射的爆炸产物)的冲击,其冲量密度大于被爆介质的临界冲量密度,必然导致端点和临空面一侧孔壁介质首先破坏:原生裂隙张开、延伸,形成新裂隙和劣化岩石强度,而后在爆生气体的准静态压力作用下使其进一步扩展和贯通,直到与其它炮孔产生的裂隙或与自由面交汇为止。

护壁面方向由于有半圆护壁套管的反射和聚能作用,临空面方向由于没有护壁套管爆炸产物发散开来,因此这必然导致护壁套管的两个端点处即预定开裂方向形成一个很大的应力差,这个应力差值起到一个拉伸作用,因此在开裂方向首先形成较长较宽的裂纹,能够实现在开裂方向形成光滑开裂面的目的。1.2　护壁套管力学作用分析

分析时设炮孔和药包同心不耦合,护壁套管与孔壁介质泊松比相同。1.2.1　临空面方向

1)应力波作用

临空面方向爆破冲击波和爆生气体直接作用于孔壁,类似于普通光面爆破。孔壁介质受到较大的

式中,P1为普通光面爆破时作用在炮孔壁的准静态压力。

爆生气体直接作用于孔壁,还容易产生“气楔”作用,增加爆破损伤程度1.2,在孔壁产生的切:

σθmax=r2-1-u

rb+n

(3)

式中,rb为护壁套管内径;u为护壁套管或岩石的泊

松比;δ为护壁套管厚度;n为护壁套管层数。

由式(3)可知,护壁套管的存在,作用于孔壁的应力波峰值被显著削弱,且套管越厚,层数愈多,泊松比越大,孔壁的应力波峰值越小,对岩体的保护效果越好。如果套管的波阻抗与孔壁介质波阻抗不同,且套管与孔壁介质之间存在间隙,则炸药爆炸在护壁套管中激发的应力波,传播到孔壁介质时将产生反射作用,只有部分能量透射到介质中,更有利于对孔壁介质的保护。

2)爆生气体作用下半圆套管的护壁作用

因为爆炸压力的作用使护壁套管外壁与炮孔壁耦合,将套管与孔壁介质连为一体,因此这时可应用厚壁管理论,并令外径处于无限大导出的公式来近似地计算套管和孔壁介质应力。

σr(θ)=

P1rbr

22

(4)

式中,径向压应力σr和切向拉应力σθ的绝对值相同,符号相反。

当r=rb+δ时,可得到与护壁套管接触的孔壁准静态应力为:

σr(θ)=

P1rb(rb+nδ)

22

(5)

　　式(5)说明,在其它条件相同时,半圆护壁套管

的存在,能够降低孔壁的准静态应力。

由此可见,临空面方向孔壁介质在较高的应力波峰值和高温高压的爆轰气体“气楔”作用下容易

岩石爆破,爆破工程,爆破机理

12爆　破　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年6月

破坏,而护壁面方向的孔壁介质能得到较好的保护。

2　试验原理与设备

动态光弹性法是利用了光弹性材料的暂时

双折射性现象,当光弹模型材料受力作用后,模型内产生双折射效应,从而可在圆偏振光场中得到等差条纹图。对于明场,其黑条纹是半数级条纹,亮条纹是整数级条纹。根据动态条件下的应力2光学定律,模型中条纹级数N与模型中主剪应力τmax之间有如下关系:

τ(6)max=(Nfd)/(2h)式中,fd为材料的动态条纹值;h为模型厚度。

由公式(6)知,等差条纹反映了爆炸在模型内产生的剪应力的分布情况,最外(或最前)的条纹,况。显然,,中心。,对于黑条纹,分别为0.5、1.、2.5、…级,对于亮条纹,则为0、1、3、…级。同时,条纹的密度又反映了应力变化的梯度,径向单位长度上的条纹数越多,表示该处的应力 …… 此处隐藏：6668字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……