【摘 要】
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由于地域的差异性,有些地区水资源匮乏,为保障广大人民群众生活及农业用水,引水工程便显得尤为重要。一般情况,引水隧洞的进水口处于水下几米、几十米的位置,要想打通该进水口,首先就得围绕该进水口建一个围堰,然后进行抽水、开挖及衬砌等工作,但是此方法历时长、费用高,并不是一个最优的选择。但是,水下岩塞爆破工程不但具有“爆通、成型、安全”的三大特点,还能够完美地解决历时长、费用高的问题。因此,水下岩塞爆破在
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由于地域的差异性,有些地区水资源匮乏,为保障广大人民群众生活及农业用水,引水工程便显得尤为重要。一般情况,引水隧洞的进水口处于水下几米、几十米的位置,要想打通该进水口,首先就得围绕该进水口建一个围堰,然后进行抽水、开挖及衬砌等工作,但是此方法历时长、费用高,并不是一个最优的选择。但是,水下岩塞爆破工程不但具有“爆通、成型、安全”的三大特点,还能够完美地解决历时长、费用高的问题。因此,水下岩塞爆破在引水工程中的运用也越来越多。本文是基于甘肃省临夏州供水保障生态保护水源置换工程,对引水口岩塞控制爆破进行研究分析,该项目的建成将置换临夏州境内现状分散水源,提高城乡供水保障能力,对改善民族区域民生、巩固脱贫攻坚成果、建设黄河上游生态保护屏障具有重要意义。本文首先对爆破方案以及相关参数进行选择计算,然后基于流固耦合理论,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对引水口岩塞进行预裂爆破和光面爆破的数值模拟,分析选择出最佳的起爆方式以及最优的轴向不耦合系数。主要研究结论如下:(1)本文首先对排孔爆破、药室爆破、药室与排孔结合这三种爆破方案的优缺点进行简单介绍,然后结合工程实际背景条件,从地质地形条件、钻孔的工作量、封堵条件、爆破石渣块度的均匀条件以及爆破对周围建筑物的爆破振动安全影响等因素进行考量,最后综合选用排孔爆破方案。紧接着通过查阅国内外大量文献,总结出主要爆破参数的计算公式,再结合本文实际情况,最终选择经验公式对主要爆破参数进行计算。(2)运用ANSYS/LS-DYNA建立不同起爆方式下的预裂爆破和光面爆破数值模型,并且考虑了进水口水压力作用下分析爆破应力的发展情况,从而得到最佳的起爆方式。首先是不考虑水压力情况下,查看两炮孔连线中点处单元的拉应力,结果表明,不管是预裂爆破还是光面爆破,相比中点起爆,在反向起爆条件下更有利于轮廓面的形成。考虑进水口水压力的情况时,分别施加0.1 MPa、0.3 MPa、0.5 MPa水压进行计算分析,发现随着水压力的增大,拉应力峰值均有不同程度的降低,随着水压的增加,拉应力峰值减小的越明显,对爆破产生一定的影响,当水深达到一定条件将会抑制轮廓面的形成。相比中心起爆,反向起爆条件下拉应力峰值减小的速率明显小一些,所以,在深水条件下应该优先考虑反向起爆。(3)运用ANSYS/LS-DYNA建立了轴向不耦合系数K=2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0时的光爆模型,分析在有无水压力作用下有效应力的发展情况,从而得到最优的不耦合系数。在不考虑水压力情况下,有效应力图存在一个转折区域,即轴向不耦合系数为3.0~4.0,在该段范围内,轴向不耦合系数既能降低装药段的有效应力,也能保证空气间隔段有效应力减小的同时满足破岩条件。因此,在无水压条件下,空气间隔轴向不耦合系数介于3.0~4.0之间效果最佳。而在考虑进水口水压力情况下,随着轴向不耦合系数的增大,有效应力同样在逐渐减小。在水压为0.1 MPa时,有效应力整体也是趋于减小的趋势,但随着水压力的进一步增加,有效应力并未发生大的变化。从有效应力随轴向不耦合系数的变化曲线来看,当空气间隔轴向不耦合系数介于3.5~4.5之间时,更加有利于光面爆破的顺利进行。
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