Исследование взрывных кумулятивных динамических повреждений вмещающих пород тоннеля ступенчатого строительства

Jun 03, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1974 (2023) Цитировать эту статью

502 доступа

1 Цитаты

Подробности о метриках

В процессе циклических взрывных работ при проходке тоннелей в сохранившейся окружающей породе накапливаются непоправимые повреждения. Для безопасного строительства тоннелей необходимо понимать особенности взрывных динамических кумулятивных повреждений горных пород. Для исследования были применены методы звукового волнового испытания и численного моделирования. Модель JH-2 была принята в качестве модели повреждения окружающей породы. На основе метода передачи данных между решателями в программе ABAQUS был рассчитан совокупный ущерб. Характеристики повреждений были получены путем объединения результатов испытаний на звуковую волну. По данным исследований, вся заповедная окружающая порода имеет характеристики периодической поврежденности. Каждая зона периодического повреждения имеет форму воронки вдоль продольного направления туннеля, ее длина составляет 160 см, что в 1,07 раза превышает длину раскопок. Взрывная волна, показанная на последней видеозаписи раскопок, воздействует на поврежденный участок скалы, снятой на предыдущей видеозаписи, длиной 40 см с тремя совокупными повреждениями. Три картины кумулятивных повреждений более четко выявляют закон дополнительного повреждения окружающей породы, степень дополнительного повреждения максимальна на расстоянии 5–20 см от последних кадров раскопок. Проведенные исследования могут дать соответствующее теоретическое руководство при проектировании схемы взрывных работ и обделки тоннеля ступенчато-взрывной конструкции.

Взрывные работы широко используются при строительстве туннелей из-за их высокой эффективности и экономических преимуществ. Когда энергия взрывного взрыва разрывает и разбрасывает выкопанную горную массу, она неизбежно повреждает зарезервированную окружающую породу, снижая ее целостность и ухудшая механические свойства, влияя на безопасность строительства туннеля. Кроме того, к скрытой окружающей породе будут приложены дополнительные взрывные нагрузки, вызывающие постоянное накопление повреждений. Поэтому изучение особенностей взрывного кумулятивного динамического повреждения вмещающих пород имеет решающее значение для безопасного строительства буровзрывных тоннелей.

Модель повреждений от взрывов горных пород тщательно изучалась учеными. Лангефорс1 полагает, что взрывные повреждения возникают в результате распространения, отражения и контакта волн взрывного напряжения. Он стимулирует и расширяет трещины горных пород, снижая их механические характеристики. Основываясь на этом понимании, соответствующие исследователи разработали три модели повреждений от взрывов: модель GK2, модель TCK3 и модель KUS4. HAMDI5 и LI6 использовали три модели повреждений от взрывных работ и методы численного моделирования для изучения эволюции повреждений, измерения и оценки горной массы под взрывом. Согласно механике сплошного повреждения и критерию критической деформации растяжения, YANG7 и LIU8 предложили модель повреждения от взрывной волны, которая может всесторонне отражать корреляцию между переменными повреждения, плотностью трещин и скоростью деформации.

Кроме того, горная порода существует в условиях начального напряжения на месте в сочетании с гравитационным напряжением и тектоническим напряжением, которое оказывает существенное влияние на распространение взрывных волн напряжения, развитие трещин в горных породах и повреждение окружающей породы. в начальных пластовых напряжениях в сочетании с гравитационными напряжениями и тектоническими напряжениями, которые оказывают существенное влияние на распространение волн взрывного напряжения и повреждение окружающих горных пород. Таким образом, стресс на месте нельзя игнорировать при изучении ущерба, причиненного взрывными работами, и многие ученые изучали его. В ходе экспериментальных исследований HE9 и ZHANG10 обнаружили, что трещины под воздействием взрывной нагрузки часто распространяются в направлении главного напряжения. Кроме того, исследование HE9 показало, что зона разрушения породы будет уменьшаться с увеличением сжимающего напряжения. XIE11 и YI12 исследовали повреждение массива горных пород взрывом под напряжением на месте с помощью численного моделирования и получили то же правило развития трещин, что и выше. TAO13 смоделировал взрыв одиночного отверстия горной массы под напряжением на месте и обнаружил, что это может уменьшить растрескивание. В конкретном проекте по прокладке туннеля RAMULU14 использовал тесты экстензометра и камеры-обскуры, чтобы исследовать влияние циклических взрывных работ на повреждение горных пород. Исследование показало, что повреждение горных пород вблизи зоны взрывных работ было вызвано высокочастотной вибрацией, а повреждение горных пород вдали от взрывной скважины было вызвано низкочастотной вибрацией. LUO15 провела численное моделирование взрывных работ в отводном тоннеле и сравнила результаты со значениями, измеренными на месте. Было обнаружено, что скорость вибрации взрывных работ и деформация окружающей породы были ближе к измеренным значениям после учета накопленного повреждения окружающей породы. При численном моделировании следует учитывать совокупный эффект повреждения окружающей породы.