本發(fā)明涉及爆破技術(shù)，尤其涉及一種研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的實驗方法。

背景技術(shù)：

在工程爆破施工過程中采用爆破技術(shù)是土木建設(shè)領(lǐng)域中重要的施工作業(yè)技術(shù)手段，尤其在井巷工程的掘進施工中，爆破掘進是一種有效的作業(yè)方式。其中，在爆炸載荷的作用下，巖石、混凝土等被爆破物體形成的動態(tài)斷裂過程，即爆破成縫機理，直接影響爆破的質(zhì)量，因而，是工程爆破施工過程中最受關(guān)注的熱點問題。

爆破成縫機理是利用爆炸沖擊波所引起的爆炸應(yīng)力波和爆生氣體產(chǎn)生的高溫、高壓氣體膨脹推力共同作用于巖體而產(chǎn)生裂縫，即應(yīng)力波與爆炸氣體共同作用理論，也就是說，巖體內(nèi)最初裂隙的形成是由爆炸應(yīng)力波造成的，隨后爆生氣體楔入巖體內(nèi)最初形成的裂隙，并在準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用下，使由爆炸應(yīng)力波形成的最初裂隙進一步擴展。

在井巷工程的控制爆破中，為使炮孔周圍產(chǎn)生的較密集的徑向裂紋減少，使需要擴展的橫向裂紋可以得到充分的擴展，通常使用的方法是盡可能的減小爆炸應(yīng)力波的作用，從而可以大量延長爆生氣體的作用時間，即采取不耦合裝藥的方法以減少徑向裂紋，擴展橫向裂紋。

工程實踐表明，切縫藥包爆破由于是在具有一定密度和強度的炸藥外殼上開有不同角度、不同形狀和數(shù)量的切縫，利用切縫控制爆炸應(yīng)力場的分布和爆生氣體對(孔壁)介質(zhì)的準(zhǔn)靜態(tài)作用和尖劈作用，達到控制所爆介質(zhì)開裂方向的目的，因而對保證巷道(井巷)周邊的成型質(zhì)量有很好的效果，在井巷工程的控制爆破中得到了廣泛的應(yīng)用。

但是，目前如何評價切縫藥包不耦合裝藥的爆炸致裂效應(yīng)還沒有很好的實驗方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的實驗方法，能夠評價切縫藥包不耦合裝藥的爆炸致裂效應(yīng)。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的實驗方法，包括：

制作填充切縫藥包的切縫管；

制作應(yīng)用于不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的試件；

基于切縫管以及試件裝填炸藥；

搭建研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)；

將引爆導(dǎo)線連入預(yù)先設(shè)置的起爆裝置，初始化爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)；

起爆炸藥，獲取高速相機拍攝的數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片，基于所述數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片計算不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)；

獲取不同不耦合系數(shù)條件下的不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)以比較不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種實施方式中，所述切縫管長10mm、外徑6.5mm、內(nèi)徑6mm，在切縫管壁上沿直徑的方向制作對稱通透切槽，切槽寬1mm、長9mm，距切縫管的兩端圓面均0.5mm。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第二種實施方式中，所述基于切縫管以及試件裝填炸藥包括：

利用硬質(zhì)透明膠覆蓋封堵有機玻璃板炮孔的一側(cè)面；

將切縫管一側(cè)涂膠，并將涂膠一側(cè)的切縫管粘結(jié)在硬質(zhì)透明膠上；

將預(yù)定量的炸藥用塑料薄膜包裹后，裝入切縫管內(nèi)，設(shè)置引爆導(dǎo)線。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第三種實施方式中，所述不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)包括：裂紋擴展位移、裂紋擴展速度、裂紋尖端的應(yīng)力強度因子以及裂尖動態(tài)能量釋放率。

結(jié)合第一方面、第一方面的第一種至第三種中任一種實施方式，在第一方面的第四種實施方式中，所述基于所述數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片計算不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)包括：

基于所述數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片，量測得到裂紋尖端的焦散斑的最大直徑，將所述裂紋尖端的焦散斑的最大直徑應(yīng)用于應(yīng)力強度因子計算公式，得到應(yīng)力強度因子；

基于所述數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片獲取裂紋擴展位移，基于相鄰數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片獲取裂紋擴展速度；

基于所述裂紋擴展速度以及裂紋尖端的應(yīng)力強度因子，計算裂尖動態(tài)能量釋放率。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第五種實施方式中，所述基于相鄰數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片獲取裂紋擴展速度包括：

從數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片上精確測得瞬時裂紋尖端的位置，并按圖片與實物的比例進行換算，得到裂紋尖端位移；

由相鄰兩幅數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片的裂紋裂紋尖端位移的差值，除以相鄰兩幅數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片的時間間隔，得到所述時間間隔內(nèi)的裂紋擴展速度。

本發(fā)明實施例提供的研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的實驗方法，所述研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的實驗方法包括：制作填充切縫藥包的切縫管；制作應(yīng)用于不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的試件；基于切縫管以及試件裝填炸藥；搭建研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)；將引爆導(dǎo)線連入預(yù)先設(shè)置的起爆裝置，初始化爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)；起爆炸藥，獲取高速相機拍攝的數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片，基于所述數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片計算不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)；獲取不同不耦合系數(shù)條件下的不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)以比較不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)，能夠評價切縫藥包不耦合裝藥的爆炸致裂效應(yīng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的實驗方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實施例不同不耦合系數(shù)條件下，應(yīng)力強度因子與時間的關(guān)系曲線示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行詳細(xì)描述。

應(yīng)當(dāng)明確，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明實施例研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的實驗方法流程示意圖。用于在實驗室內(nèi)研究切縫藥包的不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)，參見圖1，該方法包括：

步驟101，制作填充切縫藥包的切縫管；

本實施例中，用于裝填切縫藥包的切縫管的材質(zhì)可以選取銅管、鋼管、塑料管等，材質(zhì)的選取無限制。

本實施例中，作為一可選實施例，切縫管長10mm、外徑6.5mm、內(nèi)徑6mm，在切縫管壁上沿直徑的方向制作對稱通透切槽，切槽寬1mm、長9mm，距切縫管的兩端圓面均0.5mm。

本實施例中，切縫管的外徑尺寸與內(nèi)徑尺寸的差為壁厚，可采用激光切割或3d打印技術(shù)制作切縫管。藥包直徑等于切縫管內(nèi)徑。

步驟102，制作應(yīng)用于不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的試件；

本實施例中，作為一可選實施例，試件的材料選用均質(zhì)透明的有機玻璃板，尺寸規(guī)格400mm×300mm×10mm(長×寬×厚)，選用的有機玻璃板的物理力學(xué)參數(shù)，例如，p波、s波在有機玻璃板中的傳播速度、彈性模量、泊松比等均滿足測試要求。

在試件中央鉆取炮孔，將試件鉆透，炮孔為通透炮孔。炮孔的直徑可以設(shè)為：6mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm等，由于不耦合系數(shù)為炮孔直接與藥包直徑的比值，因而，相應(yīng)的不耦合系數(shù)分別為：1、1.33、1.67、2、2.5、3。

本實施例中，作為一可選實施例，可預(yù)先制作多個試件，每一試件中央對應(yīng)鉆取一不同直徑的炮孔。

步驟103，基于切縫管以及試件裝填炸藥；

本實施例中，作為一可選實施例，基于切縫管以及試件裝填炸藥包括：

a11，利用硬質(zhì)透明膠覆蓋封堵有機玻璃板炮孔的一側(cè)面；

本實施例中，利用硬質(zhì)透明膠覆蓋封堵有機玻璃板炮孔的一側(cè)面，即在有機玻璃板炮孔的一側(cè)面上貼一塊硬質(zhì)透明膠，將炮孔的該側(cè)斷面覆蓋封堵。

a12，將切縫管一側(cè)涂膠，并將涂膠一側(cè)的切縫管粘結(jié)在硬質(zhì)透明膠上；

本實施例中，將制作好的切縫管一側(cè)涂抹“哥倆好”膠水，并將涂膠一側(cè)的切縫管粘結(jié)在硬質(zhì)透明膠上。作為一可選實施例，切縫管上設(shè)置的切縫正對有機玻璃板炮孔的中心。

a13，將預(yù)定量的炸藥用塑料薄膜包裹后，裝入切縫管內(nèi)，設(shè)置引爆導(dǎo)線。

本實施例中，炸藥可以是疊氮化鉛、ddnp等。

本實施例，采用塑料薄膜包裹炸藥可以有效防止散狀炸藥從兩個切縫處泄露出，在將炸藥裝入切縫管后，將兩股導(dǎo)線螺旋纏繞后沿中間部位間斷，兩導(dǎo)線的間斷平齊且基本緊靠在一起，主要用于尖端放電引爆炸藥。

步驟104，搭建研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)；

本實施例中，將裝完炸藥的試件放在加載架上。

圖2為本發(fā)明實施例研究不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖2，本實施例中，爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)通常由場鏡組合、激光器、擴束鏡、數(shù)碼高速相機等組成。其中，

激光器發(fā)出持續(xù)穩(wěn)定高亮的光波，經(jīng)過擴束鏡和場鏡1后，變?yōu)槠叫泄獠⑷肷涞绞茌d試件表面，發(fā)生偏轉(zhuǎn)后的光束經(jīng)場鏡2聚合進入高速相機鏡頭，通過改變相機的拍攝記錄速度，對參考平面處的光強變化過程進行拍攝，實現(xiàn)動態(tài)焦散線的記錄，得到數(shù)碼焦散斑照片。

該爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)可以對爆破、沖擊等動態(tài)斷裂試驗過程進行光測力學(xué)分析，且光路系統(tǒng)簡單，操作方便，易于觀察，可以節(jié)約試驗成本，提高試驗的精確度和成功率。

步驟105，將引爆導(dǎo)線連入預(yù)先設(shè)置的起爆裝置，初始化爆炸加載數(shù)字激光動態(tài)焦散線試驗系統(tǒng)；

本實施例中，將引爆導(dǎo)線連入起爆裝置，調(diào)整光路，設(shè)置高速相機的拍攝速度。

步驟106，起爆炸藥，獲取高速相機拍攝的數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片，基于所述數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片計算不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)；

本實施例中，作為一可選實施例，不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)包括但不限于：裂紋擴展位移、裂紋擴展速度、裂紋尖端的應(yīng)力強度因子、裂尖動態(tài)能量釋放率等。

本實施例中，作為一可選實施例，基于所述數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片計算不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)包括：

b11，基于所述數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片，量測得到裂紋尖端的焦散斑的最大直徑，將所述裂紋尖端的焦散斑的最大直徑應(yīng)用于應(yīng)力強度因子計算公式，得到應(yīng)力強度因子；

本實施例中，應(yīng)力強度因子為裂紋尖端的應(yīng)力強度因子。作為一可選實施例，利用下式計算應(yīng)力強度因子：

式中，

dmax為裂紋尖端的焦散斑的最大直徑；

μ為應(yīng)力強度因子的比例系數(shù)；

g為應(yīng)力強度因子的數(shù)值系數(shù)；

為復(fù)合型擴展裂紋尖端的i型應(yīng)力強度因子；

為復(fù)合型擴展裂紋尖端的ii型應(yīng)力強度因子；

f(v)為速度修正因子；

z0、c、deff為預(yù)先設(shè)置的常數(shù)。

本實施例中，在研究數(shù)值的基礎(chǔ)上可以得出，f(v)＜1，例如，對于具有現(xiàn)實含義的拓展速度中，f(v)≈1。

本實施例中，通過量測得到裂紋尖端的焦散斑的最大直徑，就能求出應(yīng)力強度因子。

b12，基于所述數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片獲取裂紋擴展位移，基于相鄰數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片獲取裂紋擴展速度；

本實施例中，基于相鄰數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片獲取裂紋擴展速度包括：

從數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片上精確測得瞬時裂紋尖端的位置，并按圖片與實物的比例進行換算，得到裂紋尖端位移；

由相鄰兩幅數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片的裂紋裂紋尖端位移的差值，除以相鄰兩幅數(shù)字激光動態(tài)焦散斑照片的時間間隔，得到所述時間間隔內(nèi)的裂紋擴展速度。

b13，基于所述裂紋擴展速度以及裂紋尖端的應(yīng)力強度因子，計算裂尖動態(tài)能量釋放率。

本實施例中，利用下式計算裂尖動態(tài)能量釋放率：

式中，

g為裂尖動態(tài)能量釋放率；

ai(v)為裂紋擴展第一速度函數(shù)；

aii(v)為裂紋擴展第二速度函數(shù)；

v為裂紋擴展速度；

e為切縫管材料的彈性模量。

本實施例中，當(dāng)裂紋擴展速度v＝0時，ai(v)＝aii(v)＝1；

當(dāng)v≠0時，

cd為膨脹波的波速；

cs為剪切波的波速；

v為裂紋擴展速度，即試件表面裂紋的擴展速度。

步驟107，獲取不同不耦合系數(shù)條件下的不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù)以比較不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)。

本實施例中，由上述實驗和計算，可以得到不同裝藥結(jié)構(gòu)條件(不同不耦合系數(shù)條件)下的切縫方向的裂紋擴展位移、裂紋擴展速度、裂紋尖端的應(yīng)力強度因子、裂尖動態(tài)能量釋放率等表征不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)(不耦合裝藥爆炸致裂效應(yīng)參數(shù))。

本實施例中，還可以通過繪制各物理力學(xué)參數(shù)與時間的關(guān)系曲線。

圖3為本實施例不同不耦合系數(shù)條件下，應(yīng)力強度因子與時間的關(guān)系曲線示意圖。

本實施例中，通過比較這些物理力學(xué)參數(shù)的特征，就可以比較不同不耦合系數(shù)條件下切縫藥包致裂的效應(yīng)，從而為指導(dǎo)工程實踐提供參考。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。