[发明专利]一种层状岩体隧道中光面聚能爆破参数的确定方法

摘要

本发明公开了一种层状岩体隧道中光面聚能爆破参数的确定方法，包括以下步骤：设计聚能管影响因素λ；计算一般状态下光面爆破爆轰产物产生的轰压P；计算爆破转化的应变能；计算聚能管作用下的聚能爆破下产生的轰压P1、P2与λ、P的关系；计算聚能爆破下的岩壁所受拉应力、压应力；计算库伦准则条件下周边眼间距与层状岩体结构面所称角度之间的关系；计算最大拉应力准则条件下周边眼间距与λ之间的关系。本发明可以精确算出层状岩体中结构面与周边眼间距角度不同时，在不同的聚能管刚度λ影响下，其周边眼间距相应变化的合适取值。从而解决在层状岩体中超爆严重，开挖轮廓线不整齐，更简单准确的控制光面爆破开挖轮廓线。

主权项

一种层状岩体隧道中光面聚能爆破参数的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)炸药能量是沿四周均匀传递的，由于聚能缝的存在，爆炸时释放的能量分为两部分，一部分是向孔壁四周均匀传递的能量V1，其向四周产生四周内压P1，其中四周内压P1所积蓄的应变能为υε1，一部分是沿着切缝出汇集的能量V2，产生集中内压P2，所积蓄的应变能为υε2；爆轰产物对岩壁作用所积蓄的应变能υε由下式表示：υϵ=12E[σ12+σ22+σ32-2ν(σ1σ2+σ2σ3+σ3σ1)]]]>式中：ν——岩体的泊松比；σ1、σ2、σ3——分别表示薄壁上任意点的环向应力、轴向应力以及径向应力；E——岩体的弹性模量；(2)假设影响因素λ，其中0≤λ≤1，影响因素λ与聚能管的材质、聚能缝宽度与长度有关，假设能量分配应按下式分配：υε1＝(1‑λ)υευε2＝λυε(3)由四周内压P1产生的四周荷载F1按下式计算：F1=α·db2lc·P1]]>式中：α——其沿半径方向变化的一个微小角度，rad；db——炮孔直径，m；lc——装药长度，m；将四周荷载F1分为两个方向的力，在x轴产生作用力和y轴产生作用力；在x轴产生作用力是作用在围岩侧对岩石的压应力；在y轴正方向产生作用力是作用于岩石临空面侧的拉应力；对四周荷载F1沿y轴方向进行积分，由四周荷载F1作用岩石产生的拉应力为：σy1=2∫0π2F1·sinαdαEe·lc]]>式中：Ee——周边眼间距，cm；对四周荷载F1沿x方向进行积分，求四周荷载F1作用岩石产生的压应力为：σx1=2∫0π2F1·cosαdαdb2πlc]]>(4)由集中内压P2产生的集中荷载F2按下式计算：由集中内压P2在岩壁上的产生的集中荷载F2的大小为：F2=P2db2θ·lc=nθ·lcdbρ0D216(dcdb)6·(lclb)3·[λ(54+4δ2dc2+6νδdc+4νδdc-ν)]]]>式中：ρ0——炸药密度，g/cm3；D——炸药爆速，m/s；lb——炮孔长度，m；dc——炸药直径，m；θ——聚能缝缝宽所对应的圆心角，rad；δ——薄壁圆筒的厚度；n——爆破后产生气体碰撞岩壁时产生的应力增大倍数；其拉应力用下式表示：σy2=2F2πEelc]]>压应力表示：σx2=6F2πEelc]]>在聚能管的作用下，四周荷载F1、集中荷载F2共同作用下对岩石产生的拉应力σy为：σy=σy1+σy2]]>由上面整理，得：σy=nθdb·ρ0D2(dcdb)6·(lclb)3·[λ(54+4δ2dc2+2νδdc+4νδdc-ν)]8πEe+nρ0D2(dcdb)6(lclb)3(1-λ)·db8Ee]]>在x轴方向，四周荷载F1、集中荷载F2共同作用下对岩石的压应力σx为：σx=σx1+σx2]]>σx=3nθdb·ρ0D2(dcdb)6·(lclb)3·[λ(54+4δ2dc2+2νδdc+4νδdcν)]8πEe+(π-2)nρ0D2(dcdb)6(lclb)3(1-λ)8]]>(5)假设结构面与两炮孔间的轮廓线夹角为βi，结构面上的正应力σγ与x轴夹角为：γi＝|βi‑90°|其单元体在压应力σx与拉应力σy作用下，切应力τx为零，因此单元体在γ方向上正应力σγ与切应力τγ用下式表示：σγ=σx+σy2+σx-σy2cos2γi]]>τγ=σx-σy2sin2γi]]>当炸药爆炸作用于岩石产生的拉应力大于岩石的极限抗拉强度σp时，岩石将沿轮廓线发生y方向的拉破坏，且结构面方向上切应力小于岩石自身的抗剪强度；即破坏准则方程为：σy≥σp得出：其中，——结构面的内摩擦角，C——结构面上的粘聚力。