岩体定向断裂爆破中导向空孔准静态作用分析

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爆破作用常分为应力波作用阶段和高压气体准静态作用阶段,但因爆破的瞬时性常常难以区分二者在此过程中各自的作用,因此有必要在试验中对应力波和高压气体进行单独研究。目前常见的动光弹试验和动态焦散线试验可清晰地观测应力波的传播过程,但对于准静态阶段却缺乏相关的研究。在实际工程中,当炮孔周边存在空孔时,空孔方向相较于其他方向损伤更为严重,为更好地解释此现象,有必要对爆炸应力波和准静态下的高压气体进行分离研究。
  一,阐述分析了当前关于爆炸应力波和准静态下高压气体的研究,目前对于应力波的研究较为深入,通过动光弹试验和动态焦散线试验观测到焦散斑图在空孔附近的集中,并改变此处的应力场,因此得到空孔对应力波存在导向作用的结论。通过将准静态简化为静力加载,推导了在无限大薄板上仅加载孔时任一点处的应力表达式,并比对了同一位置为空孔时的应力大小,以及该空孔对称处的应力大小,得出了在等距(有限距离)的情况下,存在导向空孔时空孔壁的应力将明显大于等距处不存在导向空孔时的应力。
  二,基于ABAQUS有限元软件,选取合理的材料参数和断裂准则,采用扩展有限元法和AssignSeam法定义初始裂纹,并通过Python语言脚本进行结果文件后处理,得到每一增量步内裂纹扩展后裂尖的位置坐标,通过坐标计算得到裂纹单步扩展长度和方向,累加求和后进行对比发现准静态下空孔对初始裂纹具有导向作用。
  三,采用AssignSeam法求解每一增量步内各裂纹尖端的应力强度因子,为减小计算误差,设置10道围道积分并将其外围5道求算数平均值作为该增量步内的应力强度因子,结果表明,有空孔对应的裂纹其应力强度因子大于没有空孔对应的裂纹的应力强度因子,且孔径和孔距的大小均对应力强度因子有较大影响,在孔距达到一定数值后,其影响程度有所改变。
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