不同损伤模型下偏心不耦合装药爆破特性

doi:10.11988/ckyyb.20230666

长江科学院院报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (9): 98-105.DOI: 10.11988/ckyyb.20230666

不同损伤模型下偏心不耦合装药爆破特性

梁瑞¹(), 祁芳霞¹, 周文海¹^,², 李生荣¹, 楼晓明³^,⁴

¹ 兰州理工大学石油化工学院,兰州 730050
² 兰州大学土木工程与力学学院西部灾害与环境力学教育部重点实验室,兰州 730000
³ 福州大学紫金地质与矿业学院,福州 350116
⁴ 福州大学爆炸技术研究所,福州 350116

收稿日期:2023-06-16 修回日期:2023-09-27 出版日期:2024-09-01 发布日期:2024-09-20
作者简介:
梁瑞(1968-),男,甘肃兰州人,教授,博士,主要从事安全工程与工程爆破研究。E-mail:liangr@lut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(11901264); 甘肃省青年科技基金项目(22JR5RA303)

Blasting Characteristics of Eccentric Uncoupled Charges under Different Damage Models

LIANG Rui¹(), QI Fang-xia¹, ZHOU Wen-hai¹^,², LI Sheng-rong¹, LOU Xiao-ming³^,⁴

¹ School of Petrochemical Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China
² KeyLaboratory of Western Disaster and Environmental Mechanics of Ministry of Education, School of CivilEngineering and Mechanics, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
³ College of Zijin Geology andMining, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China
⁴ Institute of Blasting Technology, Fuzhou University,Fuzhou 350116, China

Received:2023-06-16 Revised:2023-09-27 Published:2024-09-01 Online:2024-09-20

摘要/Abstract

摘要：

在实际爆破工程中,药包因自身重量与炮孔处于偏心不耦合的相对位置。此装药结构下,爆破荷载对其炮孔近区的岩体作用分布不均匀,会造成炮孔近区爆炸能量及损伤演化分布的差异。利用数值模拟软件,分别采用HJC模型和RHT模型建立岩石单孔爆破结构,探究了不同本构模型下偏心不耦合装药岩体的爆炸损伤特性。结果表明,基于本文的模拟环境,同心不耦合装药条件下,炮孔周围损伤程度基本相同,但RHT模型下的损伤范围比HJC模型大近一倍;随着偏心系数的增大,HJC模型损伤范围偏向于炮孔耦合侧,RHT模型炮孔耦合侧与非耦合侧爆破损伤范围分布不均;RHT模型能更准确地呈现实际爆破工程中岩体裂纹的扩展形态。

关键词: 数值模拟, 偏心不耦合, 损伤模型, 爆破载荷, 损伤范围

Abstract:

In practical blasting engineering, the charge often assumes an eccentric and uncoupled position relative to the blast hole due to its own weight. This charge arrangement results in a non-uniform distribution of blasting load on the surrounding rock mass, leading to variations in explosion energy and damage patterns near the blast hole. Single-hole rock blasting structure was numerically simulated by using the HJC model and RHT model to investigate the blasting dynamic response and damage characteristics of eccentric uncoupled charge under different constitutive models. Results reveal that, in the simulation environment in this study, concentric uncoupled charges cause uniform damage around the hole. However, the damage range predicted by the RHT model is nearly twice that predicted by the HJC model. As the eccentricity coefficient increases, the HJC model shows greater damage on the coupled side of the hole, while the RHT model exhibits an uneven distribution of damage between the coupled and uncoupled sides of the borehole. In conclusion, the RHT model more accurately describes rock crack propagation in actual blasting scenarios.

Key words: numerical simulation, eccentric uncoupling, damage model, blasting load, extent of damage

中图分类号:

X932爆炸安全与防火、防爆

梁瑞, 祁芳霞, 周文海, 李生荣, 楼晓明. 不同损伤模型下偏心不耦合装药爆破特性[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(9): 98-105.

LIANG Rui, QI Fang-xia, ZHOU Wen-hai, LI Sheng-rong, LOU Xiao-ming. Blasting Characteristics of Eccentric Uncoupled Charges under Different Damage Models[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2024, 41(9): 98-105.

图/表 13

图1 HJC本构模型示意图注: ε ·和 ε · 0为实际应变率和参考应变率;T*为标准化最大拉应力;EFMIN为塑性应变最小值;D1、D2为损伤变量;Pc、μl分别为压垮的静水压力和体积应变;Pl、μc分别为压实极限时的静水压力和体积应变。

Fig.1 Diagram of HJC constitutive model

图2 本构模型示意图

Fig. 2 Diagram of RHT constitutive model

表1 模型参数[16]

Table 1 Model parameters[16]

HJC模型数值数值ρ/(kg·m^-3)ρ/(kg·m^-3)	RHT模型参数参数2 6602 660
G/GPaSHEAR/GPa	1717
f_c/MPaf_c/MPa	150150
AA₀	0.792.50
BN'	0.610.85
Nn	1.63
CA₁/GPa	0.00743.87
S_maxA₂/GPa	7.049.40
D₁A₃/GPa	0.0411.62
D₂B₁	1.01.22
T/MPaB₂	1.01.22
P_c/MPaB_Q	160.010 5
$P l$ /MPaT₁/GPa	80043.87
μ_cT₂	0.0010
μ_l $D 1$	0.10.04
$SFMAXD 2$	5.01.0
EFMINP_l/MPa	0.01600
K₁/GPaP_c/MPa	85133
$K 2$ /GPaB^*	-1711.6
K₃/GPaGC^*	2080.4
GT^*	0.7
M	0.85
Q_2,0	0.685
AF	1.62
NF	0.6
NP	4
ALPHA	1.10

表1 模型参数[16]

Table 1 Model parameters[16]

HJC模型数值数值ρ/(kg·m^-3)ρ/(kg·m^-3)	RHT模型参数参数2 6602 660
G/GPaSHEAR/GPa	1717
f_c/MPaf_c/MPa	150150
AA₀	0.792.50
BN'	0.610.85
Nn	1.63
CA₁/GPa	0.00743.87
S_maxA₂/GPa	7.049.40
D₁A₃/GPa	0.0411.62
D₂B₁	1.01.22
T/MPaB₂	1.01.22
P_c/MPaB_Q	160.010 5
$P l$ /MPaT₁/GPa	80043.87
μ_cT₂	0.0010
μ_l $D 1$	0.10.04
$SFMAXD 2$	5.01.0
EFMINP_l/MPa	0.01600
K₁/GPaP_c/MPa	85133
$K 2$ /GPaB^*	-1711.6
K₃/GPaGC^*	2080.4
GT^*	0.7
M	0.85
Q_2,0	0.685
AF	1.62
NF	0.6
NP	4
ALPHA	1.10

表2 炸药物理力学参数

Table 2 Physical and mechanical parameters of blast charge

$ρ 0$ / (kg·m^-3)	$v$ / (m·s^-1)	P/ GPa	A'/ GPa	B'/ GPa	$R 1$	$R 2$	ω	E₀/ GPa
1 500	5 122	9.53	276.2	8.44	5.2	2.1	0.5	3.87

表2 炸药物理力学参数

Table 2 Physical and mechanical parameters of blast charge

$ρ 0$ / (kg·m^-3)	$v$ / (m·s^-1)	P/ GPa	A'/ GPa	B'/ GPa	$R 1$	$R 2$	ω	E₀/ GPa
1 500	5 122	9.53	276.2	8.44	5.2	2.1	0.5	3.87

图3 HJC模型和RHT模型不同时刻有效应力云图

Fig.3 Contours of effective stress of HJC model and RHT model at different moments

图4 HJC模型和RHT模型不同时刻岩体损伤云图

Fig.4 Rock damage clouds of HJC model and RHT model at different moments

图5 数值模拟与试验对比

Fig. 5 Comparison between numerical simulation and test results

图6 监测点示意图

Fig.6 Schematic diagram of monitoring points

图7 t=230 μs时岩体有效应力云图

Fig.7 Effective stresses of rock body at 230 μs

图8 t=630 μs时岩体有效应力云图

Fig.8 Effective stresses of rock body at 630 μs

图9 HJC模型和RHT模型不同偏心系数下有效应力时程曲线

Fig.9 Time-history curves of effective stress under different eccentricity coefficients of HJC model and RHT Model

图10 不同偏心系数岩体的损伤云图

Fig.10 Rock damage clouds under different eccentricity coefficients of HJC model and RHT model

图11 岩体损伤半径

Fig.11 Curves of damage radius of rock mass under different eccentricity coefficients

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Blasting Characteristics of Eccentric Uncoupled Charges under Different Damage Models

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