岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (10): 3267-3279.doi: 10.16285/j.rsm.2024.00573CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.00573

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新型弧形聚能爆破作用下的岩石破裂演化机制研究

许国庆1，黄高翔2，王协康1，罗登泽3，李洪涛1，姚强1   

  1. 1．四川大学 山区河流开发保护与治理全国重点实验室，四川 成都 610065； 2．四川省水利科学研究院，四川 成都 610072；3．雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051
  • 收稿日期:2024-10-17 接受日期:2025-05-08 出版日期:2025-10-11 发布日期:2025-10-14
  • 通讯作者: 姚强，男，1987年生，博士，副教授，主要从事水利水电工程施工与泥石流地质灾害等方面的教学与研究工作。E-mail: yaoqiang777@126.com
  • 作者简介:许国庆，男，1997年生，博士研究生，主要从事岩石动力学和工程爆破等方面的研究。E-mail: 1179913581@qq.com
  • 基金资助:
    国家重点研发计划（No.2023YFC3008300，No.2023YFC3008305）；四川省国际科技合作与创新项目（No.2025YFHZ0165）；国家自然科学基金（No.51809188）；国家自然科学基金联合基金（No.U2340201）。

Rock cracking and evolution mechanism under the action of new type of arc-shaped charge blasting

XU Guo-qing1, HUANG Gao-xiang2, WANG Xie-kang1, LUO Deng-ze3, LI Hong-tao1, YAO Qiang1   

  1. 1. State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China; 2. Sichuan Academy of Water Conservancy, Chengdu, Sichuan 610072, China; 3. Yalong River Hydropower Development Company, Ltd., Chengdu, Sichuan 610051 China
  • Received:2024-10-17 Accepted:2025-05-08 Online:2025-10-11 Published:2025-10-14
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key Research and Development Program of China (2023YFC3008300, 2023YFC3008305), the Sichuan Provincial International Science and Technology Collaboration & Innovation Project (2025YFHZ0165), the National Natural Science Foundation of China (51809188) and the Joint Funds of National Natural Science Foundation of China (U2340201).

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摘要： 研究了聚能爆破在硐室开挖光面爆破中的应用。根据聚能射流的基本原理，提出了一种弧形聚能装药结构（arc-shaped charge blasting，简称ASCB），建立了弧形聚能爆破数值模型，并与锥形药包聚能爆破（cone-shaped charge blasting，简称CSCB）进行了比较。结果表明：ASCB比CSCB炸药消耗少43.4%，有效装药率比CSCB高25.97%。当冲击波到达炮孔壁时，ASCB的冲击波比CSCB的冲击波更集中，有利于在聚能方向形成初始裂纹。ASCB施加在炮孔壁聚能侧的压力比CSCB高6.26%，而施加在非聚能侧的压力比CSCB低37.34%。ASCB在聚能方向产生的裂纹长度约为CSCB的两倍。因此，ASCB的聚能爆破效果优于CSCB。上述研究成果为定向预裂爆破提供了一种新的方法。

关键词: ANSYS/LS-DYNA, 聚能爆破, 数值模拟, 流固耦合, 不耦合装药

Abstract: The application of shaped charge blasting in smooth blasting during chamber excavation is investigated. Based on the principle of shaped charge jets, an arc-shaped charge structure is proposed. Numerical modeling of arc-shaped charge blasting (ASCB) is established and compared with cone-shaped charge blasting (CSCB). The findings indicate that ASCB consumes 43.4% less explosive than CSCB, and the efficiency of ASCB in the charge direction surpasses that of CSCB by 25.97%. Upon reaching the blast-hole wall, the shock wave of ASCB is more concentrated than that of CSCB, facilitating the formation of initial cracks in the energy-gathering direction. The pressure exerted by ASCB on the energy-gathering side of the blast-hole wall is 6.26% higher than that of CSCB, whereas the pressure on the non-energy-gathering side is 37.34% lower. The crack length generated by ASCB in the energy-accumulation direction is approximately twice that of CSCB. Consequently, it is concluded that the shaped charge blasting effect of ASCB is superior to that of CSCB. These research outcomes offer a novel approach for directional presplitting blasting.

Key words: ANSYS/LS-DYNA, shaped charge blasting, numerical simulation, fluid-structure coupling, decoupling charge

中图分类号: TD 235
[1] 孙志亮, 邵敏, 王叶晨梓, 刘忠, 任伟中, 柏巍, 李朋, . 管道破损诱发地面沉降细观模拟与影响因素分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 507-518.
[2] 张奇, 王驹, 刘江峰, 曹胜飞, 谢敬礼, 成建峰, . 热-水-力多场耦合下高放废物处置库核心处置单元间距设计研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2626-2638.
[3] 梁庆国, 李景, 张崇辉, 刘彤彤, 孙志涛, . 基底均匀膨胀作用下黄土−泥岩复合地层隧道衬砌力学响应研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(6): 1811-1824.
[4] 朱先祥, 张琦, 马俊鹏, 王永军, 孟凡贞, . 浆−水置换效应下含水砂层渗透注浆扩散机制[J]. 岩土力学, 2025, 46(6): 1957-1966.
[5] 宋享桦, 肖衡林, 倪化勇, 谭勇, . 降雨作用下砂土边坡失稳破坏触发机制宏细观研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 969-979.
[6] 杨明云, 陈川, 赖莹, 陈云敏. 串联锚在黏土中的三向受荷承载力分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 582-590.
[7] 张凌博, 孙宜松, 程星磊, 郭群录, 赵川, 刘京红. 基于损伤能量耗散的三维土体切削破坏面表征方法研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3626-3636.
[8] 张昕晔, 刘志伟, 翁效林, 李铉聪, 赵建崇, 刘小光. 上砂下黏复合地层隧道开挖面稳定性及破坏模式研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3637-3648.
[9] 吴迪, 陈嵘, 孔纲强, 牛庚, 缪玉松, 王振兴. 冷-热循环温度下桥梁能量排桩热-力响应特性现场试验与数值模拟[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3649-3660.
[10] 王帅, 王豫徽, 王玲, 李佳祺, 赵梓皓, 庞凯旋, . 基于晶体模型的岩石孔隙结构与矿物组成对裂纹扩展影响机制研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3289-3301.
[11] 杨立. 平板载荷试验数值分析及承载力判定标准研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 723-730.
[12] 薛秀丽, 谢伟睿, 廖欢, 曾超峰, 陈宏波, 徐长节, 韩磊, . 邻近深埋地铁车站水−土阻隔效应及其对基坑抽水致沉的影响[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2786-2796.
[13] 吕茂淋, 朱珍德, 周露明, 葛鑫梁, . 基于相场法的预制双裂隙岩体水力压裂扩展数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1850-1862.
[14] 马登辉, 韩迅, 蔡正银, 关云飞, . 静压桩的桩侧土压力分布规律数值分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1863-1872.
[15] 陈磊, 张强, 贾朝军, 雷明锋, 黄娟, 胡晶, . 强降雨对库岸堆积体边坡稳定性影响的离心模型试验和数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1423-1434.
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