本书紧跟十四五发展规划以及民爆行业发展动态, 以云南省瑞孟高速的勐省隧道为依托, 基于现有聚能水压爆破技术在公路、铁路隧道施工中存在的问题和不足, 提出了“隧道掘进新型聚能水压光面爆破技术”, 分别开展了切缝药包作用机理、岩石动静荷载力学特性、水压光面爆破参数优化、聚能水压光面爆破现场试验等内容研究, 通过基础研究、数值模拟和现场试验论证了“聚能水压光面爆破”的先进性和可行性, 并设计了新型一体化的装药结构, 现场操作性强, 爆破效率高。
目录1 隧道掘进聚能水压爆破发展综述1.1研究背景及意义1.2定向断裂控制爆破技术国内外研究现状1.2.1聚能药包定向断裂控制爆破1.2.2切槽孔定向断裂控制爆破1.2.3切缝药包定向断裂控制爆破1.2.4水压爆破技术研究现状1.3隧道降尘技术研究现状1.3.1水压爆破降尘技术1.3.2其他隧道降尘技术1.4岩石爆破损伤研究现状1.4.1岩石爆破损伤研究现状1.4.2爆破累积损伤效应研究现状2 勐省隧道地质工程概况2.1工程概况2.2工程地质条件2.3水文地质条件2.4隧道围岩分级2.5施工工艺技术2.5.1主要施工方法2.5.2施工测量方案2.5.3洞口施工2.5.4洞身开挖施工方案3 一维动静荷载下灰岩强度与变形特征3.1试验准备3.1.1试件选取3.1.2灰岩静态力学基本参数3.1.3试件设计3.1.4试件基本物理参数测量3.2一维动静组合冲击试验研究现状3.3动静组合试验研究3.3.1一维动静组合加载装置3.3.2SHPB试验原理3.3.3空撞与应力平衡检验3.3.4试验方案设计3.3.5试验结果3.4一维动静组合试验力学特性分析3.4.1应力-应变曲线特性分析3.4.2相同应变率下灰岩试件变形特征分析3.4.3灰岩试件强度特征分析3.5一维动静组合载荷下灰岩能量传递规律3.5.1试件破碎透射能量随着入射能变化规律分析3.5.2能耗密度随入射能变化规律分析3.5.3能耗密度随应变率变化规律分析3.5.4轴压变化与吸(释)能量的关系3.6一维动静组合加载下破裂模式3.6.1破坏模式分析3.6.2高速摄影下灰岩动态破坏过程3.7本章小结4 循环冲击荷载下灰岩强度和能量演化规律4.1前言4.2三维动静冲击荷载下岩石力学特性研究现状4.3三维SHPB循环冲试验设备4.4三维SHPB循环冲击试验4.4.1实验步骤4.4.2试验方案的确定4.4.3试验结果4.5循环冲击荷载下灰岩强度特征分析4.5.1应力-应变曲线特征分析4.5.2不等幅循环冲击次数对峰值应力的影响规律4.5.3轴压和围压对循环冲击强度特性的影响4.6循环冲击荷载下灰岩的变形特征4.6.1峰值应变随冲击次数的变化规律4.6.2动态应变随循环冲击次数的变化规律4.7循环冲击下能量演化规律4.7.1各部分能量传递随冲击次数变化规律分析4.7.2轴围压对能量吸收比的演化特征4.8本章小结5 基于DYNA水压光面爆破参数优化研究5.1LS-DYNA简介5.1.2软件介绍5.1.3数值计算方法选取5.2材料模型及参数5.2.1岩石RHT本构模型及参数5.2.2炸药本构模型及状态方程参数5.2.3水、空气介质本构模型及参数5.2.4炮泥本构模型及参数5.3线装药密度优化5.3.1数值模型5.3.2结果分析5.4炮孔间距优化5.4.1数值模型5.4.2结果分析5.5光爆层厚度优化5.5.1数值模型5.5.2结果分析5.6本章小结6 切缝药包爆破的机理研究6.1动态焦散试验系统及原理6.1.1爆破加载数字激光动态焦散试验系统6.1.2试验原理6.1.3试验误差分析6.2径向不耦合装药的动态焦散试验6.2.1试验设计及操作流程6.2.2动焦散试验结果6.2.3爆生裂纹动态断裂参数确定方法6.3爆生裂纹动态断裂效应分析6.4损伤破坏的分形分析6.4.1图像预处理6.4.2分形维数6.4.3裂纹计盒维数计算6.4.4爆破损伤分区判别6.4.5常规装药爆破与切缝药包爆破损伤对比分析6.5动态焦散试验结论6.6切缝药包爆破机理6.1切缝管对能量传播过程的影响分析6.2切缝药包的聚能效应6.3初始裂纹形成的力学分析6.4裂纹扩展条件6.7切缝药包爆破作用效果影响因素分析7 切缝药包现场爆破试验7.1切缝聚能光面爆破实验7.1.1切缝聚能药包辅材的设计与制备7.1.2切缝聚能药包光面爆破实验7.1.3切缝药包现场爆破结论7.2切缝聚能水压爆破实验7.2.1现场粉尘分布情况7.2.2切缝聚能水压爆破实验过程7.3切缝聚能水压爆破实验结果分析7.3.1爆破降尘效果7.3.2光面爆破效果7.3.4效果分析7.4水压光面爆破实验7.4.1常规光面爆破方案设计7.4.2水压光面爆破方案设计7.5爆破效果对比分析7.5.1经济效益指标7.5.2爆破效果分析7.6本章小结8 隧道初期支护的动态响应的数值模拟分析8.1NASTRAN的动力学研究8.1.1SOL103实特征值分析8.1.2瞬态响应分析8.1.3初期支护响应经验公式8.2有限元计算模型的建立8.2.1模型的建立8.2.2模型参数的选择及相关设定8.2.3阻尼及边界条件的选择8.2.4载荷施加8.3初期支护结构的固有频率8.4初期支护结构的动态响应8.4.1振动速度的数值模拟结果分析及对比8.4.2位移响应的数值模拟结果分析8.4.3应力响应的数值模拟结果分析8.5本章小结