[發明專利]一種層狀巖體隧道中光面聚能爆破參數的確定方法

有效

• 申請號: 201710274776.6
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107194038B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 蘇玉寶;郭立軍;徐奎
• 申請（專利權）人: 中鐵四局集團有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 南昌卓爾精誠專利代理事務所(普通合伙) 36133
• 代理人: 羅茶根

1.一種層狀巖體隧道中光面聚能爆破參數的確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)炸藥能量是沿四周均勻傳遞的，由于聚能縫的存在，爆炸時釋放的能量分為兩部分，一部分是向孔壁四周均勻傳遞的能量V₁，其向四周產生四周內壓P₁，其中四周內壓P₁所積蓄的應變能為υ_ε1，一部分是沿著切縫出匯集的能量V₂，產生集中內壓P₂，所積蓄的應變能為υ_ε2；爆轟產物對巖壁作用所積蓄的應變能υ_ε由下式表示：

式中：ν——巖體的泊松比；

σ₁、σ₂、σ₃——分別表示薄壁上任意點的環向應力、軸向應力以及徑向應力；

E——巖體的彈性模量；

(2)假設影響因素λ，其中0≤λ≤1，影響因素λ與聚能管的材質、聚能縫寬度與長度有關，假設能量分配應按下式分配：

υ_ε1＝(1-λ)υ_ε

υ_ε2＝λυ_ε

(3)由四周內壓P₁產生的四周荷載F₁按下式計算：

式中：α——其沿半徑方向變化的一個微小角度，rad；

d_b——炮孔直徑，m；

l_c——裝藥長度，m；

將四周荷載F₁分為兩個方向的力，在x軸產生作用力和y軸產生作用力；在x軸產生作用力是作用在圍巖側對巖石的壓應力；在y軸正方向產生作用力是作用于巖石臨空面側的拉應力；對四周荷載F₁沿y軸方向進行積分，由四周荷載F₁作用巖石產生的拉應力為：

式中：E_e——周邊眼間距，cm；

對四周荷載F₁沿x方向進行積分，求四周荷載F₁作用巖石產生的壓應力為：

(4)由集中內壓P₂產生的集中荷載F₂按下式計算：

由集中內壓P₂在巖壁上的產生的集中荷載F₂的大小為：

式中：ρ₀——炸藥密度，g/cm³；

D——炸藥爆速，m/s；

l_b——炮孔長度，m；

d_c——炸藥直徑，m；

θ——聚能縫縫寬所對應的圓心角，rad；

δ——薄壁圓筒的厚度；

n——爆破后產生氣體碰撞巖壁時產生的應力增大倍數；

其拉應力用下式表示：

壓應力表示：

在聚能管的作用下，四周荷載F₁、集中荷載F₂共同作用下對巖石產生的拉應力σ_y為：

由上面整理，得：

mrowmsubmisigma;/mimiy/mi/msubmo=/momfenced open = [ close = ]mtablemtrmtdmfracmrowmsubmintheta;d/mimib/mi/msubmoCenterDot;/momsubmirho;/mimn0/mn/msubmsupmiD/mimn2/mn/msupmsupmrowmo(/momfracmsubmid/mimic/mi/msubmsubmid/mimib/mi/msub/mfracmo)/mo/mrowmn6/mn/msupmoCenterDot;/momsupmrowmo(/momfracmsubmil/mimic/mi/msubmsubmil/mimib/mi/msub/mfracmo)/mo/mrowmn3/mn/msupmoCenterDot;/momolsqb;/momsqrtmrowmilambda;/mimrowmo(/momfracmn5/mnmn4/mn/mfracmo+/momfracmrowmn4/mnmsupmidelta;/mimn2/mn/msup/mrowmsubsupmid/mimic/mimn2/mn/msubsup/mfracmo+/momfracmrowmn2/mnminu;/mimidelta;/mi/mrowmsubmid/mimic/mi/msub/mfracmo+/momfracmrowmn4/mnminu;/mimidelta;/mi/mrowmsubmid/mimic/mi/msub/mfracmo-/mominu;/mimo)/mo/mrow/mrow/msqrtmorsqb;/mo/mrowmrowmn8/mnmsubmipi;E/mimie/mi/msub/mrow/mfracmo+/mo/mtd/mtrmtrmtdmfracmrowmsubminrho;/mimn0/mn/msubmsupmiD/mimn2/mn/msupmsupmrowmo(/momfracmsubmid/mimic/mi/msubmsubmid/mimib/mi/msub/mfracmo)/mo/mrowmn6/mn/msupmsupmrowmo(/momfracmsubmil/mimic/mi/msubmsubmil/mimib/mi/msub/mfracmo)/mo/mrowmn3/mn/msupmsqrtmrowmo(/momn1/mnmo-/momilambda;/mimo)/mo/mrow/msqrtmoCenterDot;/momsubmid/mimib/mi/msub/mrowmrowmn8/mnmsubmiE/mimie/mi/msub/mrow/mfrac/mtd/mtr/mtable/mfenced/mrow

在x軸方向，四周荷載F₁、集中荷載F₂共同作用下對巖石的壓應力σ_x為：

mrowmsubmisigma;/mimix/mi/msubmo=/momfenced open = [ close = ]mtablemtrmtdmrowmfracmrowmn3/mnmsubmintheta;d/mimib/mi/msubmoCenterDot;/momsubmirho;/mimn0/mn/msubmsupmiD/mimn2/mn/msupmsupmrowmo(/momfracmsubmid/mimic/mi/msubmsubmid/mimib/mi/msub/mfracmo)/mo/mrowmn6/mn/msupmoCenterDot;/momsupmrowmo(/momfracmsubmil/mimic/mi/msubmsubmil/mimib/mi/msub/mfracmo)/mo/mrowmn3/mn/msupmoCenterDot;/momolsqb;/momsqrtmrowmilambda;/mimrowmo(/momfracmn5/mnmn4/mn/mfracmo+/momfracmrowmn4/mnmsupmidelta;/mimn2/mn/msup/mrowmsubsupmid/mimic/mimn2/mn/msubsup/mfracmo+/momfracmrowmn2/mnminu;/mimidelta;/mi/mrowmsubmid/mimic/mi/msub/mfracmo+/momfracmrowmn4/mnminu;/mimidelta;/mi/mrowmsubmid/mimic/mi/msub/mfracminu;/mimo)/mo/mrow/mrow/msqrtmorsqb;/mo/mrowmrowmn8/mnmsubmipi;E/mimie/mi/msub/mrow/mfracmo+/mo/mrow/mtd/mtrmtrmtdmfracmrowmo(/momipi;/mimo-/momn2/mnmo)/momsubminrho;/mimn0/mn/msubmsupmiD/mimn2/mn/msupmsupmrowmo(/momfracmsubmid/mimic/mi/msubmsubmid/mimib/mi/msub/mfracmo)/mo/mrowmn6/mn/msupmsupmrowmo(/momfracmsubmil/mimic/mi/msubmsubmil/mimib/mi/msub/mfracmo)/mo/mrowmn3/mn/msupmsqrtmrowmo(/momn1/mnmo-/momilambda;/mimo)/mo/mrow/msqrt/mrowmn8/mn/mfrac/mtd/mtr/mtable/mfenced/mrow

(5)假設結構面與兩炮孔間的輪廓線夾角為β_i，結構面上的正應力σ_γ與x軸夾角為：

γ_i＝|β_i-90°|

其單元體在壓應力σ_x與拉應力σ_y作用下，切應力τ_x為零，因此單元體在γ方向上正應力σ_γ與切應力τ_γ用下式表示：

當炸藥爆炸作用于巖石產生的拉應力大于巖石的極限抗拉強度σ_p時，巖石將沿輪廓線發生y方向的拉破壞，且結構面方向上切應力小于巖石自身的抗剪強度；即破壞準則方程為：

σ_y≥σ_p

得出：

其中，——結構面的內摩擦角，C——結構面上的粘聚力。