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在水利水电堆石坝料场开挖获取级配料的过程中,提高开挖质量,尽量减少对自然环境的扰动破坏,对于料场附近的环境保护意义深远。料场爆破开挖获取级配料的过程中,如何获得良好上坝级配料成为关键性技术难题,而基于此的岩体爆破块度分布情况也具有十分重要的研究意义与实用价值。本文针对水工堆石坝级配料这一研究对象,采用理论分析、LS/DYNA-DDA耦合数值模拟以及现场实测相佐证的办法,对基于应变率-块度筛分拟合的预测模型和台阶爆破破碎过程的耦合数值模拟进行了研究,得到以下结论:(1)基于台阶爆破的破岩机理及过程,对台阶要素和主要参数的选取方法作进行集中阐述;将岩石爆破块度预测模型分为分布函数模型、应力波模型、能量模型和分形模型四大类,对其分析比较;对影响爆堆形态的影响因素及渣堆块度的测定方法作了研究。(2)探讨了小块度料的产生机理与理论确定方法,确定了影响粉碎区半径的因素;提出了基于应变率-块度筛分拟合模型的细粒料爆破数值模拟方法,以两河口和长河坝水电工程为例进行应用验证,并结合其现场筛分结果将该仿真方法与KUS模型比对,验证了新预测方法的合理性;在此基础上,对影响小块度料形成的岩体结构面、岩石弹性模量以及装药不耦合系数等因素作了分析。(3)采用DDA模拟不同爆破排距作用条件下的台阶爆破,确定了前后排炮孔之间的合理距离,验证了炮孔底部增加起爆药量的必要性。建立DDA台阶爆破弹道理论抛掷模型,将模型结果与理论计算结果对比;并对块体落地后最终静止距离作了补充,同时说明在DDA模型中对块体赋予初速度值是可行的。分别预置反倾向与顺倾向岩体结构面,将其与无结构面模型对比,表明平行于前排抵抗线的反倾向结构面不利于工程爆破。(4)将岩体台阶爆破区域分为近区、中远区两部分,针对不同区域块度分布进行分析,研究发现粒径小于5mm的块度料多出现在爆破近区,而中远区的块体大小多为大于5mm的粒径;在探究数值模拟方法特点的基础上,提出在台阶爆破获取筑坝级配料时采用LS-DYNA模拟近区的破坏过程,利用DDA对中远区的块体破裂、抛掷、形成爆堆进行模拟。提取近区LS-DYNA模型粉碎区外边界的速度峰值输入中远区DDA模型,建立起基于LS/DYNA-DDA耦合的台阶爆破全过程精细化数值模型并验证,同时分析了爆堆形成的演化过程。