V形刻槽爆破是指在炮孔孔壁上按爆破开裂方向,切出一定深度的轴向对称V形槽,采用不耦合装药结构进行的一种断裂控制爆破。此项技术具有断裂面平整,对断裂面两侧的岩石损伤小等特点,在控制轮廓面的爆破中如边坡线上的爆破、隧道周边的爆破、荒料开采切割爆破等方面均有良好的表现,是一种很有推广价值的控制爆破技术。因此用先进的动态数值计算软件对成槽炮孔爆破成缝机理重新认识,研究刻槽参数变化和装药参数变化对断裂控制爆破效果的影响,有着重要的理论价值和实际的工程意义。 本文以花岗岩荒料开采中的切割爆破工程实际为研究对象,为分析V形刻槽爆破成缝机理,及爆破参数改变对刻槽爆破效果影响等内容,建立了各向同性脆性材料的多刻槽孔准平面应变模型,以显式动力分析有限元程序ANSYS/LS-DYNA为模拟运算工具,详细计算了在动载作用下槽孔周围及双孔连心线上岩体的动态应力分布与变化规律,并运用断裂力学理论分析刻槽爆破动态成缝机理,探讨爆破参数变化对V形刻槽爆破效果的影响。主要研究成果和结论包括: 槽孔周围岩体内的动态应力场分布和普通圆孔的应力场分布不同。由于V形刻槽孔的存在,沿刻槽双孔连心线上介质内的动应力明显高于非连心线各处,从理论上证明了槽尖处是裂纹的始裂点,槽孔连心线是裂纹的扩展方向,有力的说明了刻槽爆破较普通轮廓爆破有更好的边界控制效果,与V形刻槽爆破的试件试验和现场爆破实际效果相吻合。 应用断裂力学知识计算出所采用花岗岩质炮孔内的动态起裂临界压力,裂纹继续扩展的临界驱动压力,以及裂纹止裂的临界压力,并与软件模拟计算出的各处单元内压进行比较分析,得出了刻槽尖端裂纹的起裂、扩展、止裂条件。 两刻槽孔同时起爆使应力产生叠加效果,两爆心连线中点处的应力值明显高于单孔爆破时同一位置的应力值。 在V形刻槽爆破中,过小的不耦合系数会导致刻槽炮孔孔壁除刻槽尖端的其它位置也出现裂逢,过大的孔距会导致两孔之间无法贯通成逢形成断裂面,此外刻槽深度和刻槽张角也是V形刻槽爆破中非常重要的参数,合理取值,能使爆炸能量更集中地用于刻槽方向的裂纹扩展。