论文题目：导向孔在压库山边坡治理预裂爆破中的应用研究
摘要：露天废弃矿山由于前期不合理开采,遗留了大量高陡边坡,常会引发滑坡、崩塌等地质灾害,是矿山地质环境恢复治理亟待解决的突出问题。在压库山废弃矿山环境修复项目中,由于不规则开采存在的超欠挖严重的高陡边坡,给削坡减载带来了难度,同时制约着施工进度与成本,也不利于后期绿化作业。预裂爆破技术具有控制岩壁平整度、降低围岩损伤程度和有效控制爆破振动等优点,广泛应用于露天矿山、水利水电、公路工程等领域。由于爆破能量具有沿薄弱面释放的特性,因此有学者提出利用导向孔引导爆破能量释放,获得更好的预裂成缝效果。但目前国内研究较少,因此本文结合国家自然科学基金项目（52064003）,通过理论分析、数值计算等手段,探究预裂爆破下导向孔受力分布以及爆破能量释放规律,分析爆破参数对导向孔影响,针对压库山生态修复治理项目,提出优化措施并进行现场试验和工程应用,具有一定的理论意义和工程实际价值。通过研究,取得的主要成果如下:（1）阐述了岩体爆破成缝理论的大概力学过程,并基于此理论总结了岩体爆破理论模型的主要发展过程,基于弹性力学、断裂力学探讨了导向孔孔壁围岩的受力分布情况以及成缝特征;（2）通过ANSYS/LS-DYNA数值计算软件,建立导向孔作用爆破模型,通过应力云图、应力-时程曲线和终态损伤云图,得出导向孔在应力叠加效应、成缝效果具有明显优势,且随着孔径的增大,应力叠加效应、反射拉伸波强度也随之增强;随着不耦合系数的增大,孔间连线应力逐渐减小,通过数值计算结合现场试验,认为在压库山预裂爆破中选择不耦合系数1.5爆破效果最好;研究还表明,对于孔距1.6m、1.8m,其孔间抗剪厚度相对较薄,两孔口及孔底之间剪切断面形成速率较快,剪切断面附近损伤难以继续向岩体深处延展,相反,孔距2.0m、2.2m参数下没有表现出快速的剪切破坏形态,损伤是呈现一定角度渐渐向内部过度,能量转换成损伤的利用率较高。（3）根据压库山废弃矿实际治理情况,选择不同孔距开展导向孔作用预裂爆破试验。试验表明,在孔径（?）120mm、不耦合系数1.5、孔距2.2m爆破参数下,对于保留岩体的损伤程度最小,边坡半孔平均成型率达到83.3%,不平整度降低60%左右,且相比于缓冲爆破,该预裂爆破技术三矢合成最大爆破振速降幅57%,能更好的降低爆破振动危害,并在该治理工程取得较好的工程应用,提高工程施工进度,降低作业成本,具有一定的实际意义。
关键词：导向孔;预裂爆破;数值计算;边坡治理;现场试验
学科专业：安全科学与工程
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 成缝爆破的研究现状
1.3 导向孔研究现状概述
1.4 本文研究内容、方法和技术路线
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方法
1.4.3 技术路线
第二章 基于岩爆理论的导向孔作用机理分析
2.1 岩爆破坏成缝机理
2.1.1 爆生气体作用学说
2.1.2 爆炸应力波作用学说
2.1.3 爆生气体与爆炸应力波综合作用学说
2.2 岩石在爆炸作用下的理论模型
2.2.1 弹性理论模型
2.2.2 断裂理论模型
2.2.3 损伤理论模型
2.2.4 分形损伤理论模型
2.3 导向孔成缝机理分析
2.3.1 导向孔附近单元体受力分析
2.3.2 导向孔作用理论分析
2.4 本章小结
第三章 导向孔作用数值计算研究
3.1 软件简介
3.1.1 LS-DYNA程序算法基础
3.1.2 LS-DYNA动力计算理论基础
3.2 岩石力学参数测定实验
3.2.1 现场地质条件
3.2.2 实验设备
3.2.3 实验试件制备
3.2.4 岩石力学参数测定
3.3 基于导向孔岩体爆破损伤数值模型建立
3.3.1 材料模型和状态方程参数设置
3.3.2 模型边界条件
3.3.3 求解步骤
3.4 导向孔爆破计算模型
3.5 导向孔作用数值结果分析
3.5.1 等效应力云图分析
3.5.2 应力时程曲线分析
3.5.3 损伤影响分析
3.6 本章小结
第四章 导向孔作用影响因素数值计算研究
4.1 孔径大小对导向孔作用的影响分析
4.1.1 计算模型
4.1.2 计算结果分析
4.2 不耦合系数对导向孔作用的影响分析
4.2.1 不耦合系数岩爆理论分析
4.2.2 计算模型
4.2.3 计算结果分析
4.3 孔距对导向孔作用的影响分析
4.3.1 孔距岩爆理论分析
4.3.2 计算模型
4.3.3 计算结果分析
4.4 本章小结
第五章 现场试验及工程实践应用
5.1 试验场地简介
5.1.1 施工环境
5.1.2 施工现状
5.2 试验目的
5.3 试验方案设计
5.3.1 试验器材及仪器
5.3.2 试验参数
5.4 试验结果分析
5.4.1 保留岩体损伤分析
5.4.2 预裂成缝分析
5.4.3 半孔率及平整度分析
5.4.4 预裂减振分析
5.5 工程实践应用
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献