[發(fā)明專利]一種估算二氧化碳爆破孔壁沖擊壓力時程的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011026261.2
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112163336B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海波;王犇;李曉鋒;劉黎旺;吳迪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;F42B3/04;G06F119/14
• 代理公司: 武漢匯知云專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42283
• 代理人: 張熔舟

本發(fā)明公開了一種估算二氧化碳爆破孔壁沖擊壓力時程的方法，包含如下步驟，即：首先，在室內(nèi)試驗(yàn)條件下，利用水泥砂漿試件研究爆破孔壁沖擊壓力峰值P、升壓時間t₀、徑向主裂紋數(shù)量實(shí)驗(yàn)值N以及材料物理力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系式；然后，再將這個關(guān)系式外推到巖石上，根據(jù)對擬開挖巖石的試爆試驗(yàn)得到的徑向主裂紋數(shù)量實(shí)驗(yàn)值N，通過對上述關(guān)系式反算即可得出擬開挖巖石的爆破孔壁沖擊壓力峰值P及升壓時間t₀。本發(fā)明不僅克服了采用原位試驗(yàn)及大體積混凝土模型試驗(yàn)測量鉆孔壁沖擊壓力及升壓時間的困難；而且還具有試驗(yàn)成本低、危險(xiǎn)系數(shù)小、成功率高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二氧化碳爆破技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種估算二氧化碳爆破孔壁沖擊壓力時程的方法。

背景技術(shù)

二氧化碳爆破筒是一種將液態(tài)二氧化碳快速加熱使其迅速氣化膨脹，以此來致裂巖石的方法。由于二氧化碳無毒無污染，爆破時震動小等優(yōu)點(diǎn)，二氧化碳爆破技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦山、隧道、地鐵等巖石開挖工程中。

然而，二氧化碳爆破致裂機(jī)理的研究不夠深入，工程中爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)大都依賴經(jīng)驗(yàn)，缺少理論支持。其中的一個最基本的問題是二氧化碳爆破的荷載(包括峰值壓力和升壓時間)難以確定。中國發(fā)明專利“一種二氧化碳爆破沖擊波壓力測試裝置及其測試方法”(申請?zhí)?01610932296.X)公開了一種測試二氧化碳爆破筒沖擊壓力的裝置和方法，其將二氧化碳爆破筒裝入套筒并固定，沿著套筒安裝壓力傳感器測量套筒內(nèi)的氣壓。但是套筒在巖石中起爆時，孔壁的沖擊壓力與巖石的性質(zhì)有關(guān)，并不等于鉆孔中的氣壓。為了獲得孔壁壓力，常規(guī)的辦法是制作大體積混凝土做模型試驗(yàn)測量孔壁壓力，但是常常需要在遠(yuǎn)離市區(qū)的地方進(jìn)行，而且危險(xiǎn)性高、成功率較低、試驗(yàn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種估算二氧化碳爆破孔壁沖擊壓力時程的方法，用以克服背景技術(shù)中的不足。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是：首先，在試驗(yàn)室條件下，利用水泥砂漿試件，研究出水泥砂漿試件的孔壁沖擊峰值壓力P、孔壁沖擊壓力的升壓時間t₀和徑向主裂紋數(shù)量N之間的關(guān)系，即先利用水泥砂漿的物理力學(xué)參數(shù)結(jié)合計(jì)算徑向主裂紋數(shù)量的G-C理論模型，計(jì)算出水泥砂漿試件的徑向主裂紋數(shù)量理論值，然后再建立水泥砂漿試件的徑向主裂紋數(shù)量理論值N_GC和實(shí)驗(yàn)值N之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系式，從而間接建立徑向主裂紋數(shù)量實(shí)驗(yàn)值N和孔壁沖擊壓力峰值P、孔壁沖擊壓力的升壓時間t₀以及材料物理力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系；接著，再將研究出的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系式外推到巖石上，根據(jù)對擬開挖巖石試爆試驗(yàn)得到的徑向主裂紋數(shù)量實(shí)驗(yàn)值，通過反算即可得到擬開挖的巖石的爆孔壁沖擊壓力峰值P及孔壁沖擊壓力的升壓時間t₀，從而得出擬開挖的巖石的二氧化碳爆破孔壁沖擊壓力時程曲線。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種估算二氧化碳爆破孔壁沖擊壓力時程的方法，包含如下步驟：

S1、采用幾組不同的水泥砂漿配合比，制作一批帶鉆孔的水泥砂漿爆破試件，并在每個水泥砂漿爆破試件的鉆孔壁上埋置沖擊壓力傳感器；

S2、測量出步驟S1中制作好的每個水泥砂漿爆破試件的密度ρ、抗拉強(qiáng)度σ_t、縱波波速c及I型斷裂韌度K_IC；

S3、采用小型二氧化碳?xì)獗b置致裂步驟S1中制作好的水泥砂漿爆破試件，并在致裂實(shí)驗(yàn)過程中記錄下各水泥砂漿爆破試件所產(chǎn)生的徑向主裂紋數(shù)量實(shí)驗(yàn)值N、孔壁沖擊壓力峰值P及孔壁沖擊壓力的升壓時間t₀；