水环境对水下钻孔爆破影响机制研究.pdf

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1、第47卷第2期人民长江Vo1．47．No．22016年1月YangtzeRiverJan．，2016文章编号：1001—4179(2016)02—0081一O5水环境对水下钻孔爆破影响机制研究李红勇，吴立2，肖山，陈春晖2，胡伟才(1．长江重庆航道工程局，重庆400011；2．中国地质大学(武汉)，湖北武汉430074)摘要：为研究水下钻孔爆破中水环境对爆破效果的影响机制，以重庆新白沙沱长江特大桥3号墩基础水下爆破工程为例，对水下爆破钻孔爆破作用原理进行了分析，并使用ANSYS／LS—DYNA有限元程序分别对水下钻孔爆破与陆地钻孔爆破过程进行了数值仿真计算。

2、在数值计算的基础上，结合爆破漏斗试验结果、冲击波特性和水介质固有特性，对陆地钻孔爆破和水下钻孔爆破的动力响应特征展开对比分析。研究表明：由于水环境的存在，水压的影响使水底界面附近的Mises等效应力小于同位置的陆地钻孔爆破处数值；在相同压力下，水下爆破漏斗体积均小于陆地爆破漏斗体积，在相同的药量条件下，水越深产生的爆破漏斗体积越小：同陆地钻孔爆破相比，水环境的存在会加快爆炸冲击波的衰减，从而削弱破岩效果。关键词：水下环境；钻孔爆破；数值模拟；动力响应特征中图法分类号：TV542文献标志码：ADOI：10．16232／j．enki．11301—4179．201

3、6．02．019水下爆破是工程爆破的重要组成部分，常被应用1工程概况于水利水电工程建设中的水下岩石基础开挖、岩塞、围堰爆破等。现阶段，国内外关于陆地钻孔爆破理论方重庆新白沙沱长江特大桥位于重庆市大渡口区跳面的研究已经取得了一定的成果⋯。但对于水下爆蹬镇与江津区珞璜镇之间的白沙沱河段，地面高程破，由于爆破环境中水介质的存在，使水下钻孔爆破与180～270m，地形起伏不大，一般介于3。～15。之间。3陆地钻孔爆破的特性有很多不同之处，除了爆炸的物号墩基础水下爆破工程内容包括水下钻爆和水下清理现象不同以外，冲击波和地震波的传播规律也有很渣，该工程爆破设计受水介质影

4、响较大。大的不同。且由于其受到多方因素的影响，一定程度2理论分析上阻碍了水下爆破技术的革新，导致水下爆破理论的研究滞后于实际工程实践。2．1水下爆破冲击波特性目前，水下爆破的施工方案以及各项爆破参数的爆炸产生后，炸药内产生高温高压的生成物。与确立大多是借助技术人员的施工经验，并通过大量的此同时，生成物急剧向外推进并产生压力的突跃，产生试爆作业或工程类比而得到。随着计算机计算功能的爆轰波，从而导致水的波动，进而产生了水中冲击波。不断完善，数值模拟技术也被广泛应用于工程爆破中，其特点是压力大、作用时间短，并且压力上升前缘一般通过数值模拟技术计算得到拟合数据，从而

5、指导实际仅为微秒级范围。的爆破工程设计“。本文结合重庆新白沙沱长江特爆轰波在传播过程中，在遇到不同的介质时，会在大桥3号墩水下承台基础爆破开挖工程，从理论分析、界面产生反射和透射现象：爆炸产生的气体遇水形成数值模拟技术与爆破漏斗试验多方面分析水环境对钻冲击波，传递到空气与水分界面发生反射；爆轰波经水孔爆破的影响，进而得到水下爆破的相应动力特征。底岩石扩散后形成冲击波，冲击波在岩石中进一步耗收稿日期：2015—07—03作者简介：李红勇，男，工程师，主要从事水下爆破施工及技术研究。E—mail：546735657@qq．eom82人民长江散后到达水与岩石的分界

6、面，折射到水中形成地水冲孔爆破过程。。模拟过程中，采用Lagrange算法、Eu1．击波。水下钻孔爆破冲击波传播方式见图1。er算法与ALE算法模拟炸药与被爆结构之间的关系。空气3．1参数设立结合重庆新自沙沱长江特大桥3号墩水下承台基础爆破开挖工程当地工程地质条件，以及ANSYS／LS—DYNA材料参数算法的设定，全部材料及状态方程参数如表1～4所示。表1炸药状态方程参数图1水中冲击波耗散方式2．2水对爆破的影响水虽有一定的拉断力，但不能像岩石或其他固体物质那样承受拉力和剪力作用，是一种介于空气和岩1．00．16472．561．9861．22680．500石

7、的特殊介质。因此，在研究该工程项目的深水爆破影响条件时，必须考虑空气、水、岩体之间的相互联系和影响，从而分析三者耦合对爆破工程的影响。(1)水对炸药性能的影响。水下爆破时，因爆破器材置于水中或水下岩土介质中，受水体浸湿或水压的影响，炸药性能常受到影响。因此，水下爆破工程应密度／饱和抗压抗拉强度／屈服应力／弹性模量／剪切模量／内摩擦角／凝聚力／选用具有防水性能的爆破器材。故水下爆破宜采用密(g．cm一。)强度／MPakP8x10-8kPa泊．梧．比×10一MPax10一MPa(。)kPa度大的炸药，由于使用密度小于1～1．1g／cm的炸药2．4224．1637

8、．63219x10—0．1870．0345250．1