水下钻孔爆破是工程爆破的重要组成部分。目前,国内外陆地爆破的理论及施工工艺都已比较成熟和完善。与陆地爆破相比,水下爆破的研究和应用都比较滞后。这是由于岩石爆破是在有水的环境中进行的,其爆破技术比同样岩层条件下的陆地爆破要复杂得多。再者,水下爆破工程在以前的工程实践中相对少一些,又因水下爆破要素较多,如水下的成孔工艺、装药工艺、炸药的抗水性能、岩石构造以及海洋气象情况等客观条件的诸多因素限制了水下岩石爆破这一学科的发展。目前,在水下爆破工程中,技术人员通常凭借以往施工经验、工程类比或进行大量的试爆工作从而凭经验确定爆破方案和各项参数。这样,不仅浪费了炸药、拖延了工期、影响了爆破效果,而且很容易因为采用孔网参数不当而达不到预想效果甚至发生事故。 本课题是上海东海大桥桩基爆破开挖的一个子课题。课题研究的目的是提供在该环境下利用爆破开挖的孔网参数设计依据。课题选取PM445墩位作为研究对象,在参考大量水下爆破理论和实践方面书籍和论文的基础上,运用力学分析手段对岩石爆破破碎机理进行了研究,并且结合LS—DYNA软件模拟作为辅助手段,推导出水下钻孔爆破的孔网参数。 运用LS—DYNA数值模拟软件结合工程实际,模拟和分析对岩石的爆破过程,包括岩石应力、有效应力、竖直方向振动速度等参数随时间的变化。炸药采用经过大量试验验证的TNT,岩体按照弹塑性体考虑,水的重力简化为压力加载在岩体上面,考虑到模型的对称性,简化为真实模型的1/4。数值模拟是一种辅助手段,它不能完全正确反映实际爆破的过程,所以得出了相同岩体条件下岩石爆破的单耗关系。对相同条件下岩体陆地爆破和水下爆破分别进行多次模拟分析,比较各模型中不同的破坏半径后,计算出两种边界条件下岩石的单耗,通过对所得数据组的处理,得出岩石陆地爆破和水下爆破的单耗关系为y=0.0004x~3+0.02x~2+1.56x+0.73(3<W<5),三次项和二次项系数较小,式子可以简化为线性关系,也就是说,水下爆破与陆地爆破的炸药单耗在一定范围内基本呈线性关系y=1.56x+0.73 (3<W<5)。