曲艳东1， 孙从煌1， 章文姣1， 孔祥清1, 马石磊2
(1. 辽宁工业大学 土木建筑工程学院， 辽宁锦州 121001；2. 河北宣化钢盛建筑安装有限责任公司， 河北张家口 075100)
摘 要： 数值模拟研究了岩石、混凝土和土三种不同孔壁介质深孔间隔装药爆破时的扩孔特征、压力场、应力场、速度场和能量分布及传播衰减规律，还分析了间隔介质(空气和水)和起爆方式等对孔壁介质中冲击波传播规律的影响。研究表明：由于岩石、混凝土和土三种孔壁介质的波阻抗和可压缩性不同，导致爆破后分别形成“狼牙棒”型、“纺锤”型和“圆柱”型三种爆腔。与岩石和混凝土相比，在土体中的扩孔宽度分别提高约60% 和约45%，土能缓解孔壁压力和等效应力、降低爆破振动效应、减缓爆炸冲击波的衰减速度和提高能量利用率，而在岩石和混凝土介质中，上述效果的差异性不太明显。与水间隔装药相比，在岩石和混凝土孔壁介质中采用空气间隔装药结构能降低约7% 的孔壁压力。在岩石和混凝土孔壁介质中，采用底部起爆方式能够提高炸药的能量利用率，中部起爆方式能够减缓爆破振动效应，而在土体中并不明显。
关键词： 深孔爆破； 间隔装药； 爆破冲击波； 混凝土； 爆炸地震波
深孔间隔装药爆破技术在降低初始压力峰值、降低冲击波对孔壁压力、缓解振动效应、改善炸药能量的利用率和提高铲装效率等方面具有显著的优越性〔1-4〕。从Melnikov提出“空气间隔装药结构”至今，国内外众多研究机构纷纷开展了间隔装药爆破研究。例如，印度的 Pal等〔5〕、加拿大的 LIU〔6〕和 KUMAR〔7〕先后开展了空气间隔爆破技术的研究及应用。在国内，张迎宾等〔8〕通过实验和模拟对比分析发现，药包中部间隔装药爆破可缓解爆破振动和改善破碎效果。岳中文等〔9〕利用超动态应变测试系统研究了水泥砂浆中切缝药包空气间隔装药爆破介质的动态响应。钟冬望等〔10〕对混凝土中空气间隔装药的爆破机理和损伤破坏机制研究进行了系统的研究。长沙矿山研究院、中科院矿业研究所、本溪钢铁公司、大冶铁矿、歪头山铁矿、凤凰山铁矿及某些水利工程中开展了相关试验研究，取得了一定的研究成果，但是总体上仍然缺乏系统性，爆破设计还没有摆脱依靠经验的局面，许多技术问题仍需要进一步研究〔11-12〕。基于此，本文拟对不同孔壁介质(岩石、混凝土和土)中的深孔间隔装药爆破时的扩孔特征、压力场、速度场和能量分布及传播衰减规律差异性，间隔介质(空气和水)和起爆方式等对这三种孔壁介质中的爆炸冲击波传播规律的影响等进行研究，以期为爆破设计和爆炸冲击波传播研究提供一定的理论帮助。
2.1 计算模型
为简化计算，根据结构的对称性建立两种1/4模型，采用cm-g-μs单位制。模型的整体高度为800 cm，炮孔深750 cm，底面尺寸为100 cm×100 cm，炮孔底面边长为5 cm。两种模型中的炮孔轴向均由四部分构成：炮孔顶部均采用长为200 cm的填塞材料进行填塞；模型1中采用在长为500 cm的药柱顶部位置设置50 cm的间隔介质，而模型2中采用在药柱中部设置长50 cm的间隔介质，并将长为500 cm的药柱分成上下长度比为1︰1.5的两段；炮孔底部长50 cm，与孔壁周围介质具有相同的材料模型，如图1所示。
图1 计算模型示意图
Fig.1 Schematic diagram of calculation models
在图1所示的两种间隔装药结构中，所用炸药
量均为 14.375 kg。均采用实体单元3D_SOLID164，整体模型采用映射网格划分，中间炮孔进行局部加密，整个结构共包含141120个单元。除顶面自由表面外，模型中其它边界均采用对称边界和透射边界条件。炸药、间隔介质和填塞材料采用 ALE 算法，而孔壁周围介质采用拉格朗日算法，炮孔材料与周围介质采用流固耦合算法。模型的总计算时间为 30 000 μs，采用点起爆方式，起爆点位于药柱底部外侧节点，坐标为(0,50,0)。采用了正向起爆和中部双向起爆两种起爆方式。数值模拟统一采用cm-g-μs单位制。
2.2 材料参数
2.2.1 孔壁周围介质材料模型
模拟中采用深孔间隔装药爆破，炮孔周围分别为岩石、混凝土和土三种不同孔壁介质材料。JHC材料模型是一种适用于高应变率、大变形下岩石和混凝土的材料模型。岩石和混凝土的具体材料参数如表1和表2所示，而土材料采用MAT_SOIL_AND_FOAM模型，具体参数如表3所示。
表1 岩石材料参数
Table 1 Parameters of rock
参数取值参数取值参数取值参数取值ρ/(g·cm-3)2.4K2/Gpa-1.71N0.61plock/GPa0.8μcrush0.001Sfmax7.0K1/Gpa0.85C0.007B1.6pcrush/GPa0.016Efmin/GPa0.01D21D10.04A0.79FS0.38T/GPa0.004fc/GPa0.048μlock0.1G/GPa4.8K3/Gpa2.08
表2 混凝土的材料参数〔13〕
Table 2 Parameters of concrete
参数取值参数取值参数取值参数取值ρ/(g·cm-3)2.44K2/Gpa-1.71N0.61plock/GPa0.8μcrush0.001Sfmax7.0K1/Gpa0.85C0.007B1.6pcrush/GPa0.0135Efmin/GPa0.01D21D10.04A0.79FS0T/GPa0.004fc/GPa4.045×10-4μlock0.1G/GPa14.86K3/Gpa2.08
表3 土的材料参数〔14〕
Table 3 Parameters of soil
参数取值参数取值参数取值参数取值参数取值ρ/(g·cm-3)1.8PC/GPa-6.90×10-8EPS5-0.224P2/GPa2.0×10-4P8/GPa6.0×10-3G/GPa6.385×10-4VCR0.0EPS6-0.246P3/GPa4.0×10-4P9/GPa8.0×10-3BULK0.3REF0.0EPS7-0.271P4/GPa6.0×10-4P10/GPa4.1×10-2A0/GPa3.4×10-13EPS2-0.104EPS8-0.283P5/GPa1.2×10-3A1/GPa7.033×10-7EPS3-0.161EPS9-0.290P6/GPa2.0×10-3A2/GPa0.30EPS4-0.192EPS10-0.400P7/GPa4.0×10-3
2.2.2 炮孔间隔材料模型
考虑到水和空气对深孔间隔装药爆破传播规律的影响，模型中空气和水间隔介质均采用空白材料模型MAT_NULL来描述，但采用不同状态的方程。空气介质采用线性多项式状态方程EOS_LINEAR_POLYNOMIAL，密度ρ=1.29 g/cm3；方程系数C0=-0.1,C4=0.4,C5=0.4；初始内能E0=2.5×10-7 kJ；初始相对体积V0=1.0。水介质采用EOS_GRUNEISEN物态方程，密度ρ=1.0 g/cm3；比体积μ=0；截距C0=0.1647；系数S1=1.921；S2=-0.096；γ0=0.35；初始相对体积V0=1.0。
2.2.3 炸药材料模型
高能炸药计算模型采用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN炸药材料模型，采用JWL状态方程描述炸药的物理化学性质。计算所用的乳化炸药参数如表4所示。
表4 乳化炸药参数〔15〕
Table 4 Parameters of emulsion explosive
参数取值参数取值参数取值ρ/(g·cm-3)1.15R14.2D0/(m·s-1)3500R20.9pc-j/Gpa9.7ω0.152A/Gpa214.4E0/Gpa4.192B/Gpa0.182
2.2.4 填塞材料模型
孔口用炮泥填塞，采用MAT_SOIL_AND_FOAM模型，其参数如表5所示。
表5 填塞材料参数〔16〕
Table 5 Parameters of tamping material
参数取值参数取值参数取值参数取值参数取值ρ/(g·cm-3)2.0PC0.0EPS50.15P2/GPa4.5×10-6P8/GPa3.9×10-5G/GPa1.6×10-2VCR0.0EPS60.19P3/GPa5.0×10-6P9/GPa5.5×10-5BULK2.5×10-2REF0.0EPS70.21P4/GPa6.7×10-6P10/GPa1.2×10-4A03.3×10-3EPS20.05EPS80.22P5/GPa1.3×10-6A11.31×10-7EPS30.09EPS90.25P6/GPa2.1×10-5A20.1232EPS40.11EPS100.30P7/GPa2.7×10-5
3.1 爆炸现象和扩孔过程分析
图2为不同孔壁介质(岩石、混凝土和土)径向耦合、轴向药柱顶部间隔装药爆破时的 Von-Mises 应力云图。
从图2中可看出：当药柱从底部起爆时，产生的爆炸冲击波先以球面向外扩张，随着柱状药柱的连续引爆，波阵面由球面转为柱面波沿径向向孔壁介质扩张，直至整个药柱完全引爆。在药柱引爆的过程中，其波阵面处的峰值压力不断增大，爆炸能逐渐增强，其对孔壁产生的初始微裂纹在冲击波和爆生气体双重作用下，裂纹扩张形成一定宽度的爆腔。爆破完全后，岩石中的药柱扩展成“狼牙棒”型，爆腔最宽约50 cm，此模拟结果与大多数学者认为的工程爆破中岩石粉碎区的半径不会超过3～5倍炮孔半径〔17〕相吻合。混凝土出现“纺锤”型，爆腔最宽约55 cm。土的密度小，出现最宽达 80 cm 的“圆柱”状爆腔。由于形成空腔的大小与孔壁介质的密实度和可压缩性有关，而土的可压缩性最大，其爆破扩孔比混凝土提高了约45%, 比岩石提高了约60%。为考察间隔层位置对扩孔效果的影响，采用模型2中部间隔装药底部起爆，由图3中部间隔装药 Von-Mises 应力云图发现爆破扩孔过程出现类似现象。
图2 顶部间隔装药时不同孔壁介质Von-Mises应力云图
Fig.2 Stress nephograms of top decking
图3 中部间隔装药时不同孔壁介质Von-Mises应力云图
Fig.3 Stress nephograms of middle decking
此外，分析应力区的分布情况发现：图2中t=840 μs 药柱引爆阶段，混凝土中应力区域最广，其次是岩石，而土只在药柱周围小范围孔壁介质中存在应力分布，且岩石和混凝土在冲击波引爆点处均出现红色应力区，而土中却没有。在t=28 500 μs 爆破过程已完全结束，岩石和混凝土中由于应力衰减，只在远处孔壁介质中存在较小值的应力分布，而土在整个孔壁区域均存在应力分布。说明在土中爆破时，其应力值相比岩石和混凝土中较小，其应力传播衰减速度也较缓。对于中部间隔装药，当采用底部药柱端同时起爆的爆破方式时，爆炸冲击波互相叠加，应力和能量得到加强，在t=520 μs 时药柱基本引爆完全。通过对比不难看出：顶部间隔装药爆破在一定程度上更能够缓解孔壁介质的应力峰值。
3.2 孔壁压力和应力衰减分析
为了考察不同孔壁介质中深孔间隔装药爆破对不同位置的孔壁压力作用，在模型1(图1)中沿药柱轴向在孔壁上分别选取3801单元、7563单元和11363单元。图4为选取的典型单元压力时程曲线。
图4 不同孔壁介质压力时程曲线
Fig.4 Pressure-history curves of different hole-wall media
从图4中选取的典型单元的孔壁介质压力时程曲线可以看出：从压力峰值来看，冲击波在岩石和混凝土中传播都随药柱连续引爆而不断增强，且岩石中的峰值压力略高于混凝土，而土介质中出现中间单元的压力峰值最大。这主要是由于土密度小，下部药柱爆破时对上部土体起到压实作用，使其密度增大，而药柱顶部由于间隔层的存在，使土处于松软状态，因此出现药柱顶部单元11363的峰值压力减小。从压力峰值衰减规律来看，岩石中压力峰值曲线出现单幅“脉冲”曲线，其衰减速度最快，其次是混凝土，而土中压力峰值过后出现几次小峰值的波动，之后逐渐趋于稳定，其衰减速度最慢。对比分析发现土对于缓解孔壁压力峰值及衰减速度要优于岩石和混凝土。
图5为从模型1和2中选取的典型单元的等效应力时程曲线。
图5 典型单元的等效应力时程曲线
Fig.5 Equivalent stress-history curves of typical elements
对比三种孔壁介质等效应力峰值波动情况可以看到：两种模型中岩石和混凝土的峰值应力均远高于土，从典型单元压力与等效应力峰值中发现，土中的等效应力峰值比岩石和混凝土中降低了10～15倍，且其衰减速度也相对缓慢。然而，在岩石和混凝土中的峰值压力却相差不大。在两种装药结构中，顶部间隔装药结构在混凝土中的等效应力要大于岩石中，但中部间隔装药中，在局部时刻出现岩石中的等效应力值略高于混凝土的情况，这可能是由于天然岩石材料的弹性模量的不均性所致。此外，对比图5(a)和(b)可以发现，模型1所对应的三种孔壁介质的等效应力均比模型2中降低了30%左右，且其衰减速度相比也较为缓慢，这主要是因为中部间隔装药底部药柱(如图1中模型2所示)出现两端引爆，在汇交处爆炸冲击波发生叠加干涉效应，使等效应力得到加强。
总之，相比岩石和混凝土，土介质更能够降低峰值压力，缓解等效应力衰减速度，延长冲击波对孔壁的作用时间。顶部间隔装药起爆方式在一定程度上能缓解等效应力，延长等效应力作用时间，减缓其衰减速度。此外，还分别考虑了两种模型中采用空气和水间隔装药结构时对不同孔壁介质的孔壁压力和等效应力峰值的影响，从计算结果看：除个别点外，当空气作为间隔介质时，岩石和混凝土中的孔壁压力和等效应力峰值都相对于水作间隔介质要低，而土则正好相反。这可能是由于水的不可压缩性和低损耗能量传播，使得爆炸冲击波对孔壁压力和应力值高于空气介质；还可能由于土体吸水性强，遇水软化，且弹性模量减小，故出现反常效果。总之，相比水介质，空气介质更能够有效缓解冲击波对孔壁的压力和等效应力。
3.3 孔壁介质的爆破振动分析
为比较三种不同孔壁介质中典型节点的速度变化规律，在模型1中选取距自由面 25 cm处的节点4742，模型2中取节点66730(图1)。图6为节点4742的X方向的速度时程曲线，可以看出：岩石和混凝土中出现X方向速度在平衡位置正负两侧来回波动，且岩石中两侧的峰值稍高于混凝土，而在土中只出现沿着X负方向(径向)的单幅振动，且对应的速度峰值明显小于岩石和混凝土。这说明冲击波在岩石和混凝土中传播时，对孔壁周围介质既有沿X负方向的压缩作用，又有反射拉伸作用，而在土中主要表现为对土介质的压缩效应。图7为节点66730的Y方向的时程曲线，可以看到，三种孔壁介质的速度时程曲线均出现Y轴正向(轴向)的单侧波动，这表明在这三种孔壁介质中深孔爆破都会出现自由表面的“隆起效应”，且在混凝土中的振动频率和振动幅度最大，其次是岩石，土的振动效应最小。对比图6和图7可以发现：中部间隔装药对于改善X方向振动效应不明显，但在岩石和混凝土中对于Y方向“隆起效应”降低了约30%，而土中却提高了约25%，三种孔壁介质的速度曲线衰减速度都得到了缓解，提高了能量利用率。因此，在岩石和混凝土中采用中部间隔装药能够缓解自由表面及以上建筑的振动效应，减少爆破扰动灾害，改善爆破效果。
图6 典型节点X方向速度时程曲线
Fig.6 Velocity-time curves of typical nodes in X direction
图7 典型节点Y方向速度时程曲线
Fig.7 Velocity-time curves of typical nodes in Y direction
通过对比两种模型下不同间隔介质(空气和水)在三种孔壁介质(岩石、混凝土和土)中爆破的速度峰值容易看出：药柱顶部空气间隔装药在岩石中爆破时，冲击波对孔壁径向压缩和轴向振动效应均较强，但其反射冲击波的拉伸振动效应却稍弱于水间隔装药。而在中部水间隔装药结构中，爆破振动效应(轴向和径向)均稍强于空气间隔。然而，两种装药结构在混凝土和土中爆破时，空气和水间隔对其振动效应影响不明显。这在一定程度上也说明，药柱中部空气间隔装药爆破能改善岩石径向压缩和轴向隆起效应，但对于土和混凝土，其效果不明显。
3.4 冲击波能量衰减规律分析
三种孔壁介质中爆炸动能和内能的时间曲线如图8所示。
图8 不同介质的能量时间曲线
Fig.8 Energy-time curves of different media
由图8(a)可观察到，三种孔壁介质中的动能都是先增大后减小，岩石和混凝土在t=2 500 μs时动能已经衰减为零，而土则在t=5 000 μs左右动能才完全衰减下来。这说明土中的动能衰减时间比岩石和混凝土中延缓了一倍。此外，由于土体的可压缩性大，冲击波对土体扰动使其动能峰值高于岩石和混凝土约4倍之多。从图8(b)内能曲线可观察到，三种孔壁介质中内能曲线均随着时间推移逐渐上升，在t=3 000 μs左右，达到最大值，之后保持稳定不变。爆炸结束后，动能完全衰减，介质所吸收的爆炸能最终以内能的形式储存起来。土最终所吸收并储存的爆炸能是岩石中的两倍左右，而混凝土中稍低于土，但同样远比岩石中要高。此外，由于爆破冲击波对介质扰动产生的动能部分会转化为内能，而土中动能曲线波动时间较长，因此土中内能达到稳定值的时间也相对要长。总之，岩石介质对能量利用效果不佳，混凝土中对爆炸能的吸收率较高，但衰减过快，而土不仅能够提高爆炸能的吸收和利用率，而且还延长了爆炸能作用时间，改善了爆破效果。
3.5 起爆方式的影响分析
在模型2中取距自由表面 150 cm处单元60250和 50 cm处节点66730(图1)，考察采用药柱底部和中部起爆两种起爆方式的影响。图9为典型节点的等效应力时程曲线，可以看出：底部起爆时，岩石和混凝土中对应节点的等效应力峰值分别为 34.7 MPa和 43.6 MPa，而采用中部起爆时分别为 30.8 MPa和42.8 MPa，底部起爆的等效应力时程曲线基本位于中部起爆的上部，两条曲线的波动趋势相似，这在一定程度上说明岩石和混凝土中底部起爆能够提高能量利用率。由图9(c)可看到，土中底部起爆和中部起爆所对应的等效应力峰值相差不大。从图10中可看到，采用底部起爆时岩石和混凝土中所对应的节点的Y轴方向速度峰值分别为6.2 m/s和5.1 m/s，而采用中部起爆时相应节点Y方向的速度峰值分别为 5.3 m/s和4.2 m/s，这说明底部起爆时节点的Y方向的振动效应比中部起爆时强。而在土体中，二者速度曲线波动趋势基本一致，节点Y方向的峰值速度为 2.3 m/s左右。
综上所述，在岩石和混凝土中，在药柱底部起爆能够提高爆炸能量利用率，中部起爆能够减缓爆破轴向振动效应。对于土中，两种起爆方式的爆破结果差异性不明显。
图9 典型单元等效应力时程曲线
Fig.9 Equivalent stress-time curves of typical element
图10 典型节点Y方向速度时程曲线
Fig.10 Velocity-time curves of typical nodes in Y direction
(1)深孔间隔装药爆破时，在三种孔壁介质(岩石、混凝土和土)中爆破扩孔分别形成“狼牙棒”型 、“纺锤”型、“圆柱”型爆腔，爆腔的半径约为药柱半径5～8倍，土中扩孔宽度相比岩石和混凝土提高约60%和45%。
(2)土介质的孔壁压力和等效应力明显要小于岩石和混凝土，衰减速度很缓慢。在岩石和混凝土中，空气间隔装药结构在缓解孔壁峰值压力方面要优于水间隔介质；吸水软化使得水间隔装药爆破土体的峰值压力反而要高些。
(3)土孔壁介质的爆破振动主要表现为压缩振动，且振动幅度较小，而在岩石和混凝土中则出现了径向压缩和反射拉伸振动效应；相比水间隔装药结构，药柱中部采用空气间隔装药能够改善岩石孔壁介质的径向和轴向自由表面的振动效应，减少爆破对上部建筑的扰动灾害，提高爆破效率，但对于混凝土和土中其效果不明显。
(4)岩石介质对爆破能量的利用效果不佳；混凝土中对爆炸能的吸收率较高，但衰减过快；而土体不仅能够提高爆炸能的吸收和利用率，同时延长了爆炸能作用时间，其能量利用率相比于岩石和混凝土分别提高约50%和约10%，有效改善了爆破效果。在岩石和混凝土中采用底部起爆能够有效提高能量利用率，中部起爆能够减缓轴向振动效应，而在土中效果并不明显。
参考文献(References)：
〔1〕 SAQIB S, TARIQ S M, ALI Z. Improving rock fragmentation using airdeck blasting technique[J]. Pak. J. Engg. & Appl. Sci. 2015, 17:46-52.
〔2〕 郭君,张兴龙,于亚伦,等. 地下开采炸药单耗对机械破碎能的影响[J]. 工程爆破, 2015,21(5):10-13.
GUO Jun, ZHANG Xing-long, YU Ya-lun, et al. Effect of underground mining explosive consumption on mechanical crushing energy[J]. Engineering Blasting, 2015,21(5):10-13.
〔3〕 李晓杰,曲艳东,闫鸿浩,等. 中深孔爆破分层装药分层填塞研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2006,25(S1):3269-3274.
LI Xiao-jie, QU Yan-dong, YAN Hong-hao, et al. Study on the layered tamping for medium and deep hole blasting[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006,25(S1):3269-3274.
〔4〕 JHANWAR J C, JETHWA J L. The use of air decks in production blasting in an open pit coal mine[J]. Geotechnical & Geological Engineering, 2000,18(4):269-287.
〔5〕 PAL ROY P, SINGH R B, MONDAL SK. Air-deck blasting in opencast mines using low cost wooden spacers for efficient utilisation of explosive energy[J]. Journal of Mines, Metals & Fuels, 1995,43(8):5-15.
〔6〕 LIU L Q, KATSABANIS P D. Numerical modeling of the effects of air decking/decoupling in production and controlled blasting[J]. Rock Fragment action by blasting, 1996:319-330.
〔7〕 KUMAR, KISHORE V. Air-decking using gasbags[J]. Journal of Mines, Metals & Fuels, 1995,43(8):244-249.
〔8〕 张迎吉,周建敏,徐文文,等. 不同位置空气间隔装药爆破减振与破碎效果实验[J]. 工程爆破,2015,21(1):15-19.
ZHANG Ying-ji, ZHOU Jian-min, XU Wen-wen, et al. Experiment on effect of vibration reduction and rock fragmentation for different position air-decking charge blasting[J]. Engineering Blasting,2015,21(1):15-19.
〔9〕 岳中文, 杨仁树, 陈岗, 等. 切缝药包空气间隔装药爆破的动态测试[J]. 煤炭学报,2011,36(3):398-402.
YUE Zhong-wen, YANG Ren-shu, CHEN Gang, et al. Dynamic test on silt-charge blasting of air-deck charge[J]. Journal of China Coal Society, 2011,36(3):398-402.
〔10〕 吴亮, 卢文波, 钟冬望, 等. 混凝土介质中空气间隔装药的爆破机理[J]. 爆炸与冲击,2010,30(1):58-64.
WU Liang, LU Wen-bo, ZHONG Dong-wang, et al. Blasting mechanism of air-decked charge in concrete medium[J]. Explosion and Shock Waves, 2010,30(1):58-64.
〔11〕 王德胜, 龚敏, 王子学, 等. 柱状药包爆炸应力场及在地下中深孔爆破中的应用[J]. 爆炸与冲击, 2011,31(4): 355-360.
WANG De-sheng, GONG Min, WANG Zi-xue, et al. Blast stress field of linear explosive charge and its application to medium-depth hole blasting in underground mine[J]. Explosion and Shock Waves, 2011,31(4):355-360.
〔12〕 曲艳东, 吴敏, 孔祥清, 等. 深孔连续与间隔装药爆破数值模拟研究[J]. 爆破, 2014, 31(4): 17-18.
QU Yan-dong, WU Min, KONG Xiang-qing, et al. Numerical simulating of continuation and interval loading in deep-hole blasting [J]. Blasting, 2014,31(4):16-20.
〔13〕 李顺波,东兆星,齐燕军,等. 水下爆炸冲击波在含吸收层结构中的传播规律的数值模拟[J]. 高压物理学报, 2009,23(5):360-366.
LI Shun-bo, DONG Zhao-xing, QI Yan-jun, et al. Numerical simulation on propagation of underwater blast shock wave in absorbed structure[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2009,23(5):360-366.
〔14〕 王代华, 刘殿书, 杜玉兰, 等. 含泡沫吸能层防护结构爆炸能量分布的数值模拟研究[J]. 爆炸与冲击, 2006,26(6):562-567.
WANG Dai-hua, LIU Dian-shu, DU Yu-lan, et al. Numerical simulation of anti blasting mechanism and energy distribution of composite protective structure with foam concrete[J]. Explosion and Shock Waves, 2006,26(6):562-567.
〔15〕 孙丽. 空气间隔轴向不耦合装药预裂爆破数值模拟研究[D]. 长沙:中南大学, 2012.
SUN Li. Numerical simulating research of pre-splitting blasting of axial decoupling with air-deck charge [D]. Changsha: Central South University, 2012.
〔16〕 秦入平, 顾文彬, 李裕春, 等. 深水岩石钻孔爆破连续与间隔装药爆破效果研究[J]. 工程爆破, 2013,19(1-2):10-14.
QIN Ru-ping, GU Wen-bin, LI Yu-chun, et al. Comparative study on drilling blasting effect of deep water rock with continuous and intermittent charge[J]. Engineering Blasting, 2013,19(1-2):10-14.
〔17〕 冷振东, 卢文波, 陈明, 等. 岩石钻孔爆破粉碎区计算模型的改进[J]. 爆炸与冲击, 2015,35(1):101-107.
LENG Zhen-dong, LU Wen-bo, CHEN Ming, et al. Improved calculation model for the size of crushed zone around blasthole[J]. Explosion and Shock Waves, 2015,35(1):101-107.
文章编号： 1006-7051(2016)03-0006-09
收稿日期： 2016-01-10
基金项目： 国家自然科学基金项目(11302094，11302093)；辽宁省高等学校优秀人才支持计划项目(LJQ2014063，LJQ2015047)
作者简介： 曲艳东(1978-)，男，博士、副教授，研究方向为爆炸加工、爆炸力学与爆炸安全。E-mail： plxfeng2009@sohu.com
中图分类号： TD235.4+7
文献标识码： A
doi： 10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.002
QU Yan-dong1, SUN Cong-huang1, ZHANG Wen-jiao1, KONG Xiang-qing1, MA Shi-lei2
(1. College of Civil Engineering and Architecture, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, Liaoning, China；2. Xuanhua Gangsheng Construction and Installation Co., Ltd., Zhangjiakou 075100, Hebei, China)
ABSTRACT： The characteristics of bulling hole, pressure field, stress field, velocity field, and distribution and attenuation of energy were numerically simulated in three different hole-wall media (rock, concrete and soil). The deck media (air and water) and initation method were also analyzed to study propagation law of blasting shock wave on hole-wall media. Results showed that different kinds of detonation cavities ('mace', 'spindle' and 'columns') corresponding to three hole-wall media (rock, concrete and soil) were formed after blasting due to different wave impedance and compressibility. The bulling hole width of detonation cavity in soil increased about 60% and 45% than in rock and concrete respectively. Soil could relieve more pressure on wall and equivalent stress, reduce vibration effect of blasting, slow down the attenuation speed of shock wave and improve the energy utilization. The similar effect was not obvious in the hole-wall media of rock and concrete. Compared with water decking, air decking could reduce about 7% hole-wall pressure of rock and concrete. The bottom initation method could improve energy utilization ratio, and the middle initation method could reduce the vibration effect of blasting in the hole-wall media of rock and concrete. The similar effect was not observed in soil.
KEY WORDS: Deep-hole blasting; Decking; Blasting shock wave; Concrete; Explosion seismic waves
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