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隧道与地下工程灾害防治
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三向围压与液氧爆破荷载耦合作用下红砂岩损伤破裂特征研究
王雁冰1 ,张芳平1,李守业2,3,彭会椿4,雷振5
(1.中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院, 北京 100083;2.紫金矿业集团股份有限公司, 福建 上杭 364024;3.新疆紫金锌业有限公司, 新疆 乌恰845450;4.中国葛洲坝集团第三工程有限公司, 陕西 西安 710077;5.贵州理工学院, 贵州 贵阳550025)
Research on the damage and fracture characteristics of red sandstone under the coupling effect of triaxial confining pressure and liquid oxygen blasting load
WANG Yanbing1, ZHANG Fangping1, LI Shouye2,3, PENG Huichun4, LEI Zhen5
(1. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China; 2. Zijin Mining Group Co., Ltd., Shanghang 364024, Fujian, China; 3. Xinjiang Zijin Zinc Industry Co., Ltd., Uqia 845450, Xinjiang, China; 4. China Gezhouba Group No.3 Engineering Co., Ltd., Xi'an 710077, Shaanxi, China; 5. Guizhou Institute of Technology, Guiyang 550025, Guizhou, China)
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摘要 为弥补液氧爆破技术理论研究中围压耦合作用分析的不足,通过现场试验与LS-DYNA数值模拟相结合,利用液压真三轴加载系统,系统研究红砂岩试件的损伤演化规律。结果表明:围压显著影响爆破效果,无围压时裂纹长且分散,而围压增加则抑制裂纹扩展,使爆破能量集中、裂纹方向明确且数量减少;试件底部漏斗效应受多种因素影响且围压改变其几何参数,应变峰值与破坏现象相关且围压增加抑制应变增长;数值模拟进一步揭示岩体应力与损伤演化规律,显示围压抑制损伤扩展、降低钻孔周围能量峰值并使能量衰减变缓。本研究揭示了围压对液氧爆破损伤破裂特征的关键调控作用,为深部高应力岩石爆破提供了理论依据与实践参考。
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王雁冰
张芳平
李守业
彭会椿
雷振
关键词:  液氧破岩  分形维数  应变峰值  损伤分析  数值模拟    
Abstract: To address the deficiencies in the theoretical analysis of confining pressure coupling effects in liquid oxygen blasting technology, field experiments and LS-DYNA numerical simulations were combined. A hydraulic true triaxial loading system was employed to systematically investigate the damage evolution patterns of red sandstone specimens. The results demonstrated that blasting effectiveness was significantly influenced by confining pressure. Under unconfined conditions, cracks were elongated and dispersed. As confining pressure was increased, crack propagation was suppressed, blasting energy was concentrated, crack directions were clarified, and crack quantities were reduced. The funnel effect at specimen bases was affected by multiple factors, and geometric parameters were altered by confining pressure. Strain peaks were correlated with failure phenomena, and strain growth was inhibited under elevated confining pressures. Through numerical simulations, stress and damage evolution in rock masses were further revealed. Confining pressure was shown to suppress damage propagation, reduce peak energy concentrations around boreholes, and slow energy attenuation. This study elucidated the critical regulatory role of confining pressure on damage-fracture characteristics in liquid oxygen blasting, providing theoretical foundations and practical references for blasting in deep high-stress rock masses.
Key words:  liquid oxygen rock breaking    fractal dimension    peak strain    damage analysis    numerical simulation
收稿日期:  2025-02-18      修回日期:  2025-04-23      发布日期:  2025-08-07     
中图分类号:  TB554  
  TB31.2  
基金资助: 国家自然科学基金铁路基础研究联合基金资助项目(U2468219);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(No. 2025JCCXLJ01);深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室开放基金资助项目(HNKY2024YB103)
作者简介:  王雁冰(1987—),男,山东潍坊人,教授,博士生导师,博士,主要研究方向为岩石动力学和岩土爆破教学与科研工作。E-mail:wangyanbing@cumtb.edu.cn
引用本文:    
王雁冰 , 张芳平, 李守业, 彭会椿, 雷振. 三向围压与液氧爆破荷载耦合作用下红砂岩损伤破裂特征研究[J]. 隧道与地下工程灾害防治, .
WANG Yanbing, ZHANG Fangping, LI Shouye, PENG Huichun, LEI Zhen. Research on the damage and fracture characteristics of red sandstone under the coupling effect of triaxial confining pressure and liquid oxygen blasting load. Hazard Control in Tunnelling and Underground Engineering, 0, (): 1-20.
链接本文:  
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