马蹄形隧道掏槽爆破三维数值模拟

摘
要： 文章 利 用 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ Ｄ Ｎ Ｎ Ｙ ／ Ｓ— Ｙ Ａ软件 ， 用 三 维数值 计 算 方 法 ， 马蹄 形 隧道 掏 槽 爆破 过 程 进 采 对
行 了动态模拟 ， 出一些有参考价值的结论。隧道岩石爆破 时， 得 应对危险 区域进行监控 ， 充分利用 自由
面对 爆破 效 果 的有 利 影响 。
法， 并选择输送 （ ｄｅｔｎ 算法。Ａ Ｅ算法兼具 了 Ｌ — Ａ ｖｃｏ ） ｉ Ｌ ａ
ｇ ｎｅ Ｅ ｌ 二 者 的 特 长 ， 欧 拉 网格 一 样 有 两 层 网 ｒ ｇ和 ｕｒ ａ ｅ 与 格 ， 同 的是 空 间 网 格 可 以 任 意 运 动 ， 以处 理 整 个 物 不 可 体 有空 间的 大 位 移 并 且 本 身 有 大 变 形 问题 。Ａ Ｅ 算 法 Ｌ 是 先执 行 一个 或 几个 Ｌｇ ｎｅ时 步计 算 ， 时 单 元 网 格 ａ ａｇ ｒ 此 随材料 流 动 而产 生 变 形 ， 后 执 行 Ａ Ｅ时 步 计 算 ： 持 然 Ｌ 保
第 ２ 第 ６期 ３卷
２１ ０ ０年 １ 月 ２
四川 理 工 学院 学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｉ ｕ ｎＵ ｉｅｓｙ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｏ ｒ ａ ｏ ｃ ａ ｎｖ ｒ ｔ ｆ ｃｅ ｅ＆ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ａｕａ Ｓ ｉｎ ｅＥ ｉｏ ） Ｓｈ ｉ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ｆ ｔｒｌ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ ｎ ｎ Ｎ ｉ
其 所 在位 置 在 整 个 分 析 过 程 不 变 ， 料 在 网 格 之 间 流 材 动 ， Ｌ Ｄ Ｎ 中只要 将 有 关 实 体 单 元 标 志 Ｅ ｌ 算 在 Ｓ— Ｙ Ａ ｕｅ ｒ
用 ， 论 是铁 路 、 路 、 利 、 电 、 山 等 都 不 可 或 缺 。 无 公 水 水 矿 随着 国家建 设 事 业 的 迅 猛 发 展 ， 何 降 低 炸 药 用 量 ， 如 减 少岩 石损 伤 ， 效 进 行 爆 破 ， 成 为 目前 隧 道 工 程 建 设 有 已 迫切 需要 解 决 的 问题 。在 隧 道爆 破 开挖 时 ， 由于 爆 破 过 程是 一个 高 温 、 压 、 速 的 工 程 ， 作 用 机 理 十 分 复 高 高 其 杂， 爆破 地 震 波 的传 播 介 质 又 是 复 杂 多 变 的 ， 就 使 得 这 爆 破 技术 的成熟 和 完善 变 得 十分 困难 。 本文 拟 基 于显式 动力 分 析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ —Ｄ Ｎ Ｎ Ｙ ／ Ｓ Ｙ Ａ，
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算法。 Ｌ ｇ ｎｅ ａｒ ｇ 算法多用于 固体结构应力应变分 析， ａ 以物
质 坐标 为 基础 ， 采用 这 种方 法 结 构 形 状 变 化 和 单 元 网 格
（ ）动量 守恒 方 程 ２ 控 制 固定 域 上 的牛 顿 流 体 流 动 问题 的增 强 形 式 由 控制 方 程 和对 应 的初 始及 边 界 条 件 组 成 ， 制 流体 问题 控
变形后 的物体边界条件 ， 内部单元进行重分 网格 ， 对 网
格 的拓 扑 关 系 保 持 不 变 ， 为 Ｓ ｏｔ Ｓｅ ； 变 形 网 格 称 ｍ ｏ ｔ 将 ｈ ｐ
通过数值仿 真计 算 ， 探讨 马蹄形 隧道微 差爆 破时对 孔 壁、 自由面等处岩石压力 、 速度 以及加速度 的影 响， 图 试
（ ２ ）
收稿 日期 ：０ ００ －７ ２ １ － ｌ ９
作者简介： 王庆 国（９ ０ ） 男， １８ ． ， 河南林 州人 ， 助教 ， 硕士 ， 主要从 事隧道 与地下工程方面的研 究。
７６ ４ （ ）能量 守恒 方程 ３
四川Ｇ － 学 院学报 （自然科 学版 ） Ｙ －
２１ ０ ０年 １ ２月
给 出一些 结论 和建议 。
中的单元变量 （ 密度 、 能量 、 应力张量等 ） 和节点速度矢
量 输运 到 重分 后 的新 网格 中 ， 为 Ａ ｖｃ ｏ ｔ 。本 称 ｄｅｔ ｎＳｅ ｉ ｐ 文计 算 采 用 Ａ Ｅ算法 。 Ｌ Ａ Ｅ算 法 的控 制方 程 可 以 由下列 守 恒 方程 给定 ： Ｌ
Ｖ０ ． ３ Ｎｏ ６ Ｉ２ ．
Ｄｅ ． Ｏ１ ｃ２ Ｏ
文章 编 号 ：６ ３１ ４ （ ０ ０ ０ ４７ ５０ １ ７ ・５ ９ ２ １ ）６ ３４ －５
马 蹄 形 隧道 掏 槽 三维 数 值 模 拟 爆破
王庆 国 一 庞旭卿 何章 义 ， ，
（． １陕西铁路工程职业技术学院 ，陕西 渭南 ７４ ０ ２ 西南交通大学 ， １００； ． 成都 ６ ０ ３ ） １０ １
（ ）质量 守恒 方 程 １
ｄ ￡
： 一 ｐ
ｌ 算 法选 择
本 文 数值 计 算 讨 论 的 是 无 限岩 石 介 质 中 的 隧道 爆 破 问题 。在显 式 动 力 分 析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ Ｎ Ｙ ／ Ｓ—Ｄ Ｎ 中 ， ＹＡ 关 于爆 破 动力 方 面 的算 法 主要 有 Ｌｇａｇ 、 ｕ ｒ Ａ Ｅ ａｒｎｅＥ ｌ 和 Ｌ ｅ
关键词 ： 数值计算； 马蹄形隧道 ； 掏槽爆破 ； 炸药
中 图分 类号 ： ４ ５ ４ Ｕ ５ ． 文献 标识 码 ： Ａ
引
言
隧 道 和地 下 工 程 在 国 民 经 济 建 设 中有 着 重 要 的作
算法以空间坐标 为基 础 ， 多用于流体分 析， 网格与所分
析 的物 质结 构 是 相 互 独 立 的 ， 限元 节 点 记 为 空 间 点 ， 有
的方 程 是 Ｎ ｖｅ —Ｓｏ ｋ 方程 的 ＡＬ ａｉｒ ｔｃ ｓ Ｅ描 述 ：
的变化是一致 的， 物质不会在单元 内流动 ， 能够非 常精 确的描述结构边 界的运动 ， 但处理 大变形时 ， 出现 网 会 格畸变 ， 引起数值计算的困难 ， 甚至程序终止运算。Ｅ ｌ ｕｒ ｅ
警＝ ＋ ， ｂＰ磬 ｐ～