岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (10): 2808-2818.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0094

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

一种水耦合轮廓爆破孔壁压力峰值的 简化计算方法

叶志伟1, 2，陈明1, 2，李桐1, 2，卢文波1, 2，严鹏1, 2   

  1. 1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072；2. 武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室，湖北 武汉 430072
  • 收稿日期:2021-01-13 修回日期:2021-06-25 出版日期:2021-10-11 发布日期:2021-10-20
  • 通讯作者: 陈明，男，1977年生，博士，教授，主要从事水利水电工程施工技术及岩石动力学方面的教学与研究。E-mail: whuchm@whu.edu.cn E-mail:whuyzw@whu.edu.cn
  • 作者简介:叶志伟，男，1994年生，博士研究生，主要从事水利水电工程施工技术及岩石动力学方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51979205，No. 51939008）

A simplified method for calculating peak pressure of borehole wall under water-coupling contour blasting

YE Zhi-wei1, 2, CHEN Ming1, 2, LI Tong1, 2, LU Wen-bo1, 2, YAN Peng1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering of the Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China
  • Received:2021-01-13 Revised:2021-06-25 Online:2021-10-11 Published:2021-10-20
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51979205, 51939008).

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摘要： 孔壁压力峰值是进行爆破参数优化和非流?固耦合爆炸冲击动力响应分析的重要参数。基于弹性波动理论，理论分析了水中爆炸冲击波与炮孔壁的相互作用，初步确定了水耦合爆破孔壁压力峰值的简化计算模型，采用流?固耦合动力有限元数值分析方法，研究了多种常用水耦合轮廓爆破装药工况下的孔壁压力峰值，并与理论计算结果进行了对比分析，确定了反映水中冲击波在约束场中的传播规律及其与圆柱面炮孔壁相互作用时存在的透反射叠加作用等对孔壁压力峰值影响的修正系数。结果表明：炸药特性、不耦合系数、孔壁岩石介质条件均会对孔壁压力峰值产生显著影响，通过统计分析不同炸药类型、不同岩石波阻抗条件下修正系数与不耦合系数的关系，发现修正系数随不耦合系数的增大近似呈线性增长，基于理论计算模型与修正系数的确定方法，提出了一种水耦合轮廓爆破孔壁压力峰值的简化计算方法，能较全面地反映炸药性能、装药工况及孔壁岩石介质条件对孔壁压力峰值的综合影响。

关键词: 轮廓爆破, 水耦合, 峰值压力, 冲击波, 修正系数

Abstract: Peak pressure of borehole wall is an important parameter for blasting parameter optimization and dynamic response analysis of non-fluid-solid coupling explosion shock. Based on theoretical analysis of the interaction between underwater explosion shock wave and borehole wall, a simplified calculation model for the peak pressure of borehole wall in water-coupling blasting is preliminarily determined. Using the fluid-solid coupling dynamic finite element numerical analysis method, the peak pressure of the borehole wall under a variety of water-coupling contour blasting charging conditions is studied, and the results are compared with the theoretical calculation results. The correction coefficient reflecting the influence of underwater shock wave propagation in the confined field and the superposition of transmission and reflection in the interaction between underwater shock wave and borehole wall on the peak pressure is determined. The results show that the characteristics of explosive, decoupling coefficients, and medium conditions of rock borehole wall have significant influence on the peak pressure of borehole wall. Through statistical analysis of the relationship between the decoupling coefficients and the correction coefficients under different conditions of explosive type and the wave impedance of rock, it is found that the correction coefficient increases approximately linearly with the increase of the decoupling coefficient. Based on the calculation model obtained by theoretical analysis and the method for determining the correction coefficients, a simplified method for calculating the peak pressure of borehole wall in water-coupling contour blasting is proposed. The method can fully reflect the comprehensive influence of explosive performance, charge conditions and rock medium conditions on the peak pressure of borehole wall.

Key words: contour blasting, water-coupling, peak pressure, shock wave, correction coefficient

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