爆炸应力波传播规律与TSP基本原理分析
爆破应力波和地震波
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
确保其安全运行。
地震工程
03
地震波在地震工程中被用于研究地震对建筑物的影响，以设计
出更抗震的建筑结构。
案例分析
工程背景介绍
某大型水利工程需要进行爆破施工， 同时需要考虑地震波对工程的影响。
爆破应力波影响评估
评估爆破施工产生的应力波对周围环 境的影响，包括对周围建筑物的安全 影响、对地下水的影响等。
衰减特性
随着传播距离的增加，应力波的强度逐渐衰减， 能量逐渐分散。
3
折射与反射
当应力波遇到不同介质分界面时，会发生折射和 反射现象。
爆破应力波对周围环境的影响
介质破坏
爆破应力波对周围介质产生压力作用，可能导致介质 的破裂、破碎或振动。
振动效应
爆破产生的振动可能对周围建筑物、设施等造成破坏 或影响。
爆破应力波和地震波
目 录
• 引言 • 爆破应力波的基本原理 • 地震波的基本原理 • 爆破应力波与地震波的相似性和差异性 • 工程应用与案例分析 • 结论与展望
01 引言
主题简介
爆破应力波
指在炸药爆炸过程中，爆炸能量 以应力波的形式向周围介质传播 的现象。
地震波
由于地球内部岩层断裂、地壳运 动等原因产生的振动波，能够引 起地表和建筑物振动。
04 爆破应力波与地震波的相 似性和差异性
相似性分析
传播方式
两种波都通过介质传播，即通过岩石、土壤等固体物质传播。
影响因素
传播速度受介质密度、弹性模量等物理性质影响。
破坏作用
爆炸应力波
透波1、一种壁厚渐变蜂窝宽带透波结构采用介电常数渐变结构是一种有效实现宽带透波的方法。
通过一种壁厚渐变六边形蜂窝结构实现，方法：根据蜂窝等效介电常数的近似计算公式和介质介电常数变化分布，计算出该渐变结构的几何参数。
结果表明该结构在垂直入射和大入射角情况下，具有良好的宽带透波特性。
介电常数渐变材料广泛应用于宽带透波、吸波材料设计领域。
仿真结果表明该结构在垂直入射和大角度入射条件下较实心结构具有良好的宽带特性，同时通过仿真验证了该结构周期参数对透波性能的影响。
结果表明，要使等效介电常数满足设计要求，该结构周期要远小于工作波长。
然而由于加工工艺限制，周期无法无限变小。
因此最好根据实际频率上限需要选择合适的周期。
另外，由于该结构蜂窝孔暴露在外界环境可能在实际应用中带来不便，可以考虑通过对蜂窝孔填充低介电常数泡沫材料来避免。
2、对防电磁脉冲屏蔽室与隔震地板关系的看法一些重要的指挥、通信房间既要防电磁脉冲又要隔震，关于计算机屏蔽室与隔震地板就在屏蔽室内部的争论。
结论：：屏蔽室应在隔震地板上安装制作。
3、空气冲击波作用于柔性防爆墙的透射和绕射效应分析_年鑫哲为研究爆炸空气冲击波作用于柔性防爆墙后发生的透射和绕射现象及规律，采用数值模拟方法计算，分析了墙后发生的透射和绕射现象，比较了压力波形的变化特点，得到了墙后压力场变化分布规律。
计算结果表明，柔性墙背后的压力存在两个主要峰值，分别为透射压力峰值和绕射压力峰值。
消波1、双层介质抗暴炸震塌结构的性能研究采用碎石土回填层与钢筋混凝土结构作为抗爆炸震塌结构，若选用低阻抗混凝土做回填层，具有较好的消波吸能性能。
2、沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析数值模拟，沙墙的消波吸能作用。
3、泡沫混凝土回填层在坑道中的耗能作用数值模拟计算了无耗能层和增设泡沫混凝土耗能层两种情况下坑道结构的动力响应，结果表明泡沫混凝土耗能层可以明显减小结构动力响应，可以用来构筑较理想的消波吸能结构。
爆炸冲击波传播规律数学模型建立
爆炸冲击波传播规律数学模型建立爆炸冲击波传播是一种重要的物理现象，对于爆炸事件的研究和安全防护具有重要意义。
建立一个准确的数学模型，可以帮助我们更好地理解和预测爆炸冲击波的传播规律。
在本文中，我们将针对爆炸冲击波传播规律进行研究，并建立数学模型。
为了建立数学模型来描述爆炸冲击波的传播规律，我们首先需要了解冲击波的特性和影响因素。
爆炸冲击波是由爆炸产生的高温高压气体形成的冲击波，其传播速度和能量密度都会受到爆炸源的性质和环境条件的影响。
在建立数学模型之前，我们需要收集相关的实验数据，并对数据进行分析和处理。
实验数据可以包括爆炸源的特性参数、冲击波传播距离和传播时间等。
通过对实验数据的分析，我们可以发现冲击波传播的一些规律，例如传播速度随距离的变化、冲击波能量衰减的规律等。
建立数学模型的目的是为了通过数学方程描述和预测爆炸冲击波的传播规律。
在建立数学模型之前，我们需要选择适当的变量和参数来描述和影响冲击波传播的因素。
例如，传播距离可以作为自变量，传播速度和能量密度可以作为因变量。
同时，也需要确定数学模型的形式，可以是线性方程、非线性方程或者微分方程等。
在建立数学模型时，我们可以参考一些经典的物理理论和数学方法。
例如，利用流体动力学方程可以描述冲击波的传播过程。
在这个方程中，通过考虑质量、动量和能量守恒的原理，可以建立一个与冲击波传播速度和能量密度有关的数学模型。
此外，还可以考虑其他因素如环境风速、温度等对冲击波的影响，并将其纳入数学模型中。
根据实验数据的分析和数学模型的建立，我们可以开始对爆炸冲击波传播规律进行预测和模拟。
通过数值计算和模拟实验，可以得到冲击波传播的轨迹、速度和能量密度分布等信息。
这些结果可以用于评估和预测爆炸事件的危险程度，从而为安全防护提供依据。
值得注意的是，数学模型是理论上的抽象和简化，并不是完全准确的。
在使用模型的过程中，需要充分考虑模型的局限性和误差。
同时，建立数学模型也需要根据具体的实际情况进行修正和改进。
爆炸波传播的实验与模拟研究
爆炸波传播的实验与模拟研究爆炸波的传播是一个复杂而又具有重要实际意义的研究领域。
无论是在工业生产中的爆炸事故预防，还是在军事领域的武器设计与防护，对爆炸波传播规律的深入理解都是至关重要的。
在实验研究方面，我们首先需要精心设计实验方案，以确保能够准确地测量和观察爆炸波的传播特性。
实验环境的选择尤为关键，要尽量排除外界干扰因素，保证实验结果的可靠性。
实验中，所使用的测量设备必须具备高精度和高响应速度，例如压力传感器、高速摄像机等。
通过这些设备，我们能够获取爆炸波在不同介质中传播时的压力变化、速度变化以及形态变化等关键数据。
为了更全面地了解爆炸波的传播特性，我们会改变实验条件，如爆炸物的种类、量和形状，以及传播介质的性质等。
例如，当爆炸物的能量增加时，爆炸波的强度和传播速度会显著提高。
而传播介质的密度和弹性等特性，也会对爆炸波的衰减和变形产生重要影响。
在模拟研究方面，数学模型的建立是核心工作。
我们基于物理学原理和数学方法，构建能够描述爆炸波传播过程的方程。
常见的模型包括流体动力学模型、热力学模型等。
这些模型会考虑爆炸过程中的能量释放、物质的流动和传热等多种因素。
数值计算方法的选择对于模拟结果的准确性也有着决定性的作用。
有限差分法、有限元法和有限体积法等是常用的数值计算方法。
每种方法都有其优缺点，需要根据具体的问题和计算资源进行选择。
在模拟过程中，还需要对模型进行验证和校准。
这通常通过与实验结果进行对比来实现。
如果模拟结果与实验数据存在偏差，就需要对模型的参数进行调整和优化，以提高模拟的准确性。
爆炸波在空气中的传播是一个常见的研究场景。
当爆炸发生时，爆炸波会以球面波的形式向外扩散。
在传播过程中，波前的压力会迅速下降，同时波的速度也会逐渐减小。
空气的阻力和热传递会导致爆炸波的能量逐渐耗散。
而在水中，由于水的密度和不可压缩性，爆炸波的传播特性与在空气中有很大的不同。
水对爆炸波的衰减作用更强，波的传播速度也更快。
爆炸波传播特性及其应用
爆炸波传播特性及其应用爆炸波是一种在短时间内释放出巨大能量的现象，其产生的压力和能量波动以极快的速度向外传播。
了解爆炸波的传播特性对于许多领域都具有重要意义，从军事应用到工业安全，从自然灾害研究到航天工程，都离不开对爆炸波传播特性的深入理解和应用。
爆炸波的传播特性首先表现在其速度和压力的变化上。
爆炸瞬间产生的高温高压气体迅速膨胀，形成强大的冲击波。
这一冲击波以超音速的速度向外传播，其速度取决于爆炸的能量和介质的性质。
在空气中，爆炸波的传播速度通常可以达到每秒数百米甚至上千米。
随着传播距离的增加，爆炸波的压力会迅速衰减，但仍可能对周围物体造成严重的破坏。
爆炸波的传播还具有明显的方向性。
如果爆炸发生在有限的空间内，例如封闭的容器或隧道中，爆炸波会在壁面之间反射和叠加，形成复杂的压力分布。
这种方向性和反射特性使得在特定环境中的爆炸破坏效果更加难以预测和控制。
在传播过程中，爆炸波还会与周围的介质相互作用。
例如，当爆炸波穿过不同密度的介质时，会发生折射和散射现象。
这不仅会影响爆炸波的传播方向和速度，还可能导致能量的分散和损失。
爆炸波的这些传播特性在许多领域都有广泛的应用。
在军事领域，爆炸波的研究对于武器设计和防御工事的建设至关重要。
例如，了解爆炸波在不同介质中的传播规律，可以帮助设计更有效的炸弹和导弹，提高其杀伤力和打击精度。
同时，在防御方面，通过研究爆炸波对防护结构的作用，可以建造更加坚固的掩体和防护设施，保护人员和装备的安全。
在工业安全方面，爆炸波的知识对于预防和应对爆炸事故具有重要意义。
化工工厂、石油储罐等场所存在着爆炸的风险。
通过对可能发生的爆炸进行模拟和分析，可以采取相应的安全措施，如合理布置设备、设置防爆墙等，以减少爆炸波对人员和设施的危害。
在自然灾害研究中，爆炸波的原理也有一定的借鉴作用。
例如，火山喷发和地震等现象也会产生类似于爆炸波的能量释放和传播。
研究爆炸波的传播特性可以帮助我们更好地理解这些自然灾害的发生机制和影响范围，为灾害预警和救援提供科学依据。
爆炸力学讲义
爆炸力学讲义第一章绪论§1.1 爆炸力学的基本概念爆炸效应是多种多样的，包括物理、力学、化学等多个学科领域，如主要以力学的观点和方法来研究爆炸，则可称之为“爆炸力学”。
郑哲敏教授和朱兆祥教授提出：“爆炸力学是力学的一个分支，是主要研究爆炸的发生和发展规律以及爆炸的力学效应的应用和防护的学科”。
爆炸力学从力学角度研究化学爆炸、核爆炸、电爆炸、粒子束爆炸(也称辐射爆炸)、高速碰撞等能量突然释放或急剧转化的过程，以及由此产生的强冲击波(又称激波)、高速流动、大变形和破坏、抛掷等效应。
自然界的雷电、地震、火山爆发、陨石碰撞、星体爆发等现象也可用爆炸力学方法来研究。
爆炸力学是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科，在武器研制、交通运输和水利建设、矿藏开发、机械加工、安全生产等方面有广泛的应用。
§1.2 爆炸力学的发展历程人们知道利用爆炸能为自己服务已经有很长的历史了，可以说从炸药发明以后就开始了。
黑火药是我国古代四大发明之一，这在我国是家喻户晓的常识，但在西方国家却不这么认为。
丁儆教授在1980年参加美国国际烟火技术会议（IPS)，在会上作报告述及中国发明火药和烟火技术的事实，引起许多欧美学者的惊异，因为西方教材中都说火药是英国的罗吉•培根（Roger Bacon）发明的，为了纠正西方的错误，丁儆教授回国后进行了中国古代火药和爆炸方面历史的研究，研究表明，大约在公元8世纪（唐朝），中国就出现了火药的原始配方，在十世纪已应用于军事，北宋初官修著的《武经总要》中记载有火炮、蒺藜火球和毒烟火球等几种实战武器的火药配方。
宋代周密揆在《葵辛杂记》中记载了火药产生的爆炸事故：“……守兵百余人皆糜碎无余，盈栋皆寸裂，或为炮风崩至十余里外。
”《宋史》记载元兵破静江时有：“……娄乃令所都人拥一火炮燃之，声如雷霆，震城土皆崩，烟气涨天外，兵多惊死者。
”火药的知识由阿拉伯人传入欧洲，直到十三世纪，英国人罗吉•培根才涉及火药的配方和应用，他的工作比中国人晚300~500年。
爆炸力学及爆轰波传播规律
爆炸物质的过程，通常伴随着火焰、气体和压力的突然释放。爆炸力学涉及到爆炸的产生、传播和影响。
爆炸的产生可以通过化学反应、核反应或物理碰撞等方式触发。当产生足够大的能量储备并达到爆炸的分解速率时，就会引发爆炸现象。爆炸的传播可以分为两个阶段：初始爆炸和爆轰波的传播。
爆轰波的传播规律可以用爆轰波方程来描述。爆轰波方程是一个非线性偏微分方程，用来描述爆轰波的传播和演化。爆轰波方程包含了涡街、震荡等复杂的流体力学现象，解析解通常很难得到。因此，研究人员通常使用数值方法来模拟爆轰波的传播。
爆轰波的传播规律对于爆炸安全和防护具有重要意义。了解爆轰波的传播速度和能量分布，可以帮助我们设计更安全的建筑物和设施，以减少爆炸事故的发生和损失。此外，爆轰波的传播规律在军事应用中也很重要，可以帮助我们制定更有效的战略和战术。
在初始爆炸阶段，能量迅速释放，产生高温、高压和大量气体。这个阶段的爆炸过程主要由爆炸装置和引信的设计所确定。爆炸装置通常由炸药和引爆装置组成，炸药的选择和组合决定了爆炸的威力和特性。引信负责在合适的时间点将能量传递到炸药中，以触发爆炸。
在爆轰波的传播阶段，高温、高压的爆轰波以超声速传播。爆轰波是由大量燃烧产生的热能和压力释放而形成的压缩气体波。爆轰波的传播方向由爆炸的起始点决定，通常以球面或柱形向外扩散。爆轰波传播的速度取决于介质的性质、密度和压力梯度等因素。
尽管爆炸是一种破坏性的现象，但我们可以通过深入研究爆炸力学和爆轰波的传播规律来控制和利用它们。爆炸力学的应用领域广泛，例如军事、民用工程、矿井、石油和天然气开采等。通过深入理解爆炸力学和爆轰波的传播规律，我们可以更好地保护人民的生命和财产安全，同时也能推动科学技术的发展和进步。
爆炸应力波
透波1、一种壁厚渐变蜂窝宽带透波结构采用介电常数渐变结构是一种有效实现宽带透波的方法。
通过一种壁厚渐变六边形蜂窝结构实现，方法：根拯蜂窝等效介电常数的近似计算公式和介质介电常数变化分布，计算出该渐变结构的几何参数。
结果表明该结构在垂直入射和大入射角情况下，具有良好的宽带透波特性。
介电常数渐变材料广泛应用于宽带透波、吸波材料设计领域。
仿真结果表明该结构在垂直入射和大角度入射条件下较实心结构具有良好的宽带特性，同时通过仿真验证了该结构周期参数对透波性能的影响。
结果表明，要使等效介电常数满足设讣要求，该结构周期要远小于工作波长。
然而由于加工工艺限制，周期无法无限变小。
因此最好根据实际频率上限需要选择合适的周期。
另外，由于该结构蜂窝孔集露在外界环境可能在实际应用中带来不便，可以考虑通过对蜂窝孔填充低介电常数泡沫材料来避免。
2、对防电磁脉冲屏蔽室与隔丧地板关系的看法一些重要的指挥、通信房间既要防电磁脉冲又要隔農，关于计算机屏蔽室与隔震地板就在屏蔽室内部的争论。
结论：：屏蔽室应在隔震地板上安装制作。
3、空气冲击波作用于柔性防爆墙的透射和绕射效应分析一年鑫哲为研究爆炸空气冲击波作用于柔性防爆墙后发生的透射和绕射现象及规律，采用数值模拟方法计算，分析了墙后发生的透射和绕射现象，比较了压力波形的变化特点，得到了墙后压力场变化分布规律。
计算结果表明，柔性墙背后的压力存在两个主要峰值，分别为透射压力峰值和绕射压力峰值。
消波1、双层介质抗無炸震塌结构的性能研究采用碎石上回填层与钢筋混凝上结构作为抗爆炸役塌结构，若选用低阻抗混凝土做回填层，具有较好的消波吸能性能。
2、沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析数值模拟，沙墙的消波吸能作用。
3、泡沫混凝土回填层在坑逍中的耗能作用数值模拟汁算了无耗能层和增设泡沫混凝上耗能层两种情况下坑道结构的动力响应，结果表明泡沫混凝土耗能层可以明显减小结构动力响应，可以用来构筑较理想的消波吸能结构。
不同倾角层理岩体爆破应力波传播规律
不同倾角层理岩体爆破应力波传播规律张斌;吴超俊;张学富;周元辅;刘士洋【摘要】以层理岩体地层隧道开挖爆破为研究背景,通过理论解析和数值模拟分析层理倾角变化对爆破应力波的传播影响.研究发现:层理对应力波具有一定的吸收和反射作用,加速了爆破应力波在层理岩体中衰减;层理倾角越大应力波的透射率越小,应力波透过层理的衰减度越大;当应力波由硬介质入射到软介质中时透射率小于1,反之透射率则大于1.当层理倾角大于30°时,应力波的反射率随层理倾角的增大而变大;小于30°时,应力波反射率随层理倾角的增大而减小.此外,运用公式求解得到质点振动速度衰减度随层理倾角变化关系.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)023【总页数】7页(P205-211)【关键词】层理岩体;爆破应力波;数值模拟;透射率;衰减【作者】张斌;吴超俊;张学富;周元辅;刘士洋【作者单位】重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;中铁上海设计院集团有限公司,上海200070;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074【正文语种】中文【中图分类】TD235钻爆法作为隧道施工最常用的方法，利用高能炸药爆炸产生的能量使岩体破碎形成隧道断面。
由于地质作用，围岩形成了不连续的层理结构面，爆破应力波在结构面处会产生反射和透射，且不同倾角层理产生的反射应力波和透射应力波的叠加和衰减各不相同，影响隧道开挖爆破效果。
岩体中这种结构面的物理力学性质的复杂性，对爆破应力波传播的影响成为隧道控制爆破的难题[1—3]。
早期的研究者Kleinberg等[4]发现应力波穿越单结构面时振幅下降并伴有波形转换。
在理论上，Hudson[5]提出method of smoothing的滤波计算方法，分析了有效弹模，裂隙大小与分布集中程度都较小的介质波速及衰减问题。
爆炸应力波传播规律与TSP基本原理分析
［６］佘林辉．浅谈ＴＳＰ探测实践中的一些经验与见解［Ｊ］． 西部探矿工程，２００７（３）：１２７．１２９．
［７］李忠，黄成麟．增加ＴＳＰ超前预报探测系统探测距 离的技术探讨［Ｊ］．铁路航测，２００１（１）：２０－２３．
［８］ 薛诩国，李术才．ＴＳＰ２０３超前预报系统探测岩溶隧道 的应用研究［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００７，３（７）：
关键词：爆炸；应力波；＂ＩＳＰ；爆破设计
中图分类号：０３８２
文献标识码：Ａ
文章编号： １００１－４８７Ｘ（２０１０）０２—００３２一０４
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ
Ｓｔｒｅｓｓ Ｗａｖｅ ａｎｄ Ｂａｓｉｃ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＴＳＰ
３ ＴＳＰ测试爆破设计与测试结果分析
１）ＴＳＰ测试现场爆破设计
图３为ＴＳＰ测试现场探测布置示意图。在隧道 出边墙距地面约１．０ ｍ高的水平线上，按间距约１．０ ｒｎ、孔深约１．５０ ｍ、孔径３５—３８ ｍｍ、下倾１５０一２００ 的标准钻２４个炮孔，最后１个炮孔距掌子面约５０ ｍ。１只传感器布置在边墙距第１个炮孔约１５．０ ｍ 的位置，安装传感器的接收孔深约２．０ ｒｌｌ、孔径４２— ４５ ｍｍ、上倾５０。１００。
①平面波波动方程 由（１）式分别对ｔ和ｘ求二阶偏微分，得到
） 盎Ｏｔ２＝一Ａｔ０２ ｃｏｓ 、 ０，
壹＝一Ａ
２
Ｃ
ｃｏｓ∞一＼（ｔ一墨Ｃ），
比较上列２式，即得
盎ＯＸ２＝两１Ｃ２
０２：ｒ＿ ａｔ２
（２） 、
式（２）所反映的是平面波的共同特征，统称为
平面波波动方程，可以证明，在三维空间中传播的一
爆炸应力波传播及衰减规律研究
徐颖 对 岩体 开挖 爆 破 应 力 损 伤 范 围作 了研 究 ， 认 为 现有 的一些 安全 判 据 基 本 都 是 半 经 验 的 ， 可 靠 性 不
高， 并 根 据爆 炸应 力 波 衰减 规 律 推 导 了爆 炸 应 力 损
刚 一柔耦 合 支 护 巷 道 发 生 破 坏 的应 力 判 据 和 能 量
随着 国 民经济 建设 的高 速 发 展 ， 基 础 设 施 建 设
裂损 伤 是爆 炸应 力波 的动作 用 和爆 生气体 静作 用 共
同作 用 的结果 ， 且 由 于爆 生 裂 纹 的存 在 使 气 体 的 静 作 用表 现 的更 明显 ； 李 夕 兵 等 基 于应 力 波 斜 入 射 岩 体软 弱结 构面 时 有 可 能会 产 生滑 移 这 一 事 实 ， 研
究 了爆 炸应力 波 斜入射 岩体 软 弱结构 面 的透 反射 关 系， 并 给 出 了滑 移 准 则 ； 杨 峰 等从 炸 药 破 岩 机 理 以及 应力 波通 过节 理 、 夹 层 传播规 律分 析 了超 、 欠 挖
现象 的原 因 ， 得 出了一些 有益 结论 ， 给 实际施 工 一定
律往 往 和在节 理 裂 隙岩 体 中表 现 的不 一 样 ， 王 明洋 和钱 七 虎运用 应 力 波 通 过 裂 隙 传播 理 论 ， 分 析 了应 力波 通过 节理 裂 隙 带 的衰 减 规 律 ， 相 关 结果 对 于实 际工程 有 指导 意 义 ＿ ３ ； 余 永 强 等 认 为层 状 岩 体 的断
区分别构建 了相应径 向应力和切 向应 力的计算 公式 ， 并给 出 了粉碎 区大致 范 围。分 析认为爆 炸应力 波传播及 衰
减规律 的研 究关键是获取炮孔孔壁处 冲击波波速 、 冲 击波峰值 压力和质 点振 动速 度 三个 参数 ， 未来提高爆 炸应力 波传 播及 衰减规律研 究精度 可从 此三参数着手努力。 关键 词 ： 地 下工程； 钻爆 法； 爆炸应力波 ； 冲击动力学 ； 衰减规律 中图分类 号 ： ０ ３ ８ ２ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ８— ６ ３ ９ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ６— ０ ０ １ ９— ０ ３
爆破荷载的确定
爆破荷载的确定及传播一、爆破概述由于炸药的爆炸反应是一个高温、高压和高速的瞬态过程，被爆岩体性质和爆破条件复杂多变，且岩体爆破破坏过程是一个历时极为短暂的过程，因此给直接观察和研究岩体爆破机制照成了极大的围难。
迄今为止，人们对岩体爆破作用过程仍然了解得不够透彻，尚不能形成一套完整而系统的爆破理论。
岩体爆破破坏原理的假说，依据其基本观点，可归结为四种：①爆炸应力波反射拉伸破坏观点从爆炸动力学的观点出发，认为药包爆炸时产生的高温、高压和高速的冲击波，冲击和压缩周围的岩体，形成强烈的应力波，它的强度大大超过岩石的动抗压强度，因此造成周围岩体的局部粉碎，同时爆炸压缩应力波在爆源的环向方向派生出拉应力，当环向拉应力超过岩石动态抗拉强度时，就会沿爆源径向产生拉裂；当应力波到达自由面时，压缩应力波从界面反射形成拉伸应力波，若反射拉伸波的强度超过岩石的动态抗拉强度，则从界面开始向爆源产生拉伸破坏作用。
该点认为岩体的破碎主要是压缩应力波和反射拉伸波作用的结果，爆炸气体的作用只限于岩体的辅助破碎和破裂岩体的抛掷。
这种理论称为动作用理论。
②爆生气体膨胀压力作用破坏观点从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量的高温、高压气体。
这种气体膨胀所产生的压力作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移。
由于作用力不等而引起岩体不同阶段径向位移，导致在岩体中形成剪切应力，当这种剪切应力超过岩石的动态抗剪强度时就会导致岩体破裂。
当爆炸气体膨胀压力足够大时，还会引起自由面附近的岩石隆起、裂开并沿径向方向推出，这种观点不考虑冲击波的破碎作用。
这种理论称为静作用理论。
③爆生气体和应力波共同作用破坏观点这种观点认为岩体破裂是冲击波和爆生气体膨胀压力共同作用的结果，即两种作用形式在爆破的不同阶段和针对不同类型的岩石所起的作用不同。
爆炸冲击波使岩石产生裂隙，并将原始损伤裂隙进一步扩展，随后爆生气体的尖壁作用使这些裂隙贯通、扩大形成岩块，并脱离母岩。
爆炸应力波与爆破作用原理简介
爆炸应力波与爆破作用原理简介一、岩体内的爆炸应力波装药在岩体或其他固体介质中爆炸所激起的应力扰动的传播称为爆炸应力波。
爆炸应力波在距爆源点不同距离的区域内可出现塑性波、冲击波、弹塑性波、弹性应力波和地震波等。
大多数岩石在爆炸冲击荷载作用下所激起的爆炸应力波主要是冲击波、弹性应力波和爆炸地震波。
冲击波具有陡峭波头，以超声速传播，传播过程中能量损失较大，应力衰减很快，作用范围很小，衰减后变为压缩应力波。
压缩应力波以声速传播，传播过程中能量损失比冲击波小，衰减较慢，作用范围则较大，衰减后变为地震波。
冲击波和应力波都是脉冲波，不具有周期性，能对岩石造成不同程度的破坏作用，而地震波为周期振动的弹性波，应力上升时间与应力下降时间大体相等，以声速传播，衰减很慢，作用范围最大，但不再能对岩石造成直接的破坏作用，只能扩大岩体内原有的裂隙，和威胁爆破地点附近建筑物的安全。
炸药爆炸的基本理论对于应力波，当应力应变呈线性关系时，介质中传播的是弹性波；呈非线性关系时，为塑性波和冲击波。
二、装药的内部作用与外部作用装药中心距自由面的垂直距离称为最小抵抗线，对于一定量的装药来说，若其最小抵抗超过某一临界值(临界抵抗)，当装药爆炸后，在自由面上不会看到爆破的迹象。
也就是爆破作用只发生在岩体的内部，未能达到自由面。
这种作用称为装药的内部作用。
发生这种作用的装药称为药壶装药。
临界抵抗决定于炸药的类型、岩石性质和装药量。
当装药发生内部作用时，除在装药处形成扩大的空腔外，还形成压碎圈、裂隙圈和震动圈。
在压碎圈内变形向方向成45°角的滑移面。
在裂隙圈内，但形成辐射状的径向裂隙，有时在径向裂隙之间还形成有环状的切向裂隙。
震动圈内的岩石没有任何破坏，只发生震动，其强度随距爆炸中心的距离增大而逐渐减弱，以致完全消失。
当装药的最小抵抗小于其临界抵抗时，在装药爆炸后，除在装药下方岩体内形成压碎圈、裂隙圈和振动圈外，装药上方一部分岩石将被破碎，脱离岩体，形成爆破漏斗。
爆炸应力波与爆破作用原理简介
爆炸应力波与爆破作用原理简介一、岩体内的爆炸应力波装药在岩体或其他固体介质中爆炸所激起的应力扰动的传播称为爆炸应力波。
爆炸应力波在距爆源点不同距离的区域内可出现塑性波、冲击波、弹塑性波、弹性应力波和地震波等。
大多数岩石在爆炸冲击荷载作用下所激起的爆炸应力波主要是冲击波、弹性应力波和爆炸地震波。
冲击波具有陡峭波头，以超声速传播，传播过程中能量损失较大，应力衰减很快，作用范围很小，衰减后变为压缩应力波。
压缩应力波以声速传播，传播过程中能量损失比冲击波小，衰减较慢，作用范围则较大，衰减后变为地震波。
冲击波和应力波都是脉冲波，不具有周期性，能对岩石造成不同程度的破坏作用，而地震波为周期振动的弹性波，应力上升时间与应力下降时间大体相等，以声速传播，衰减很慢，作用范围最大，但不再能对岩石造成直接的破坏作用，只能扩大岩体内原有的裂隙，和威胁爆破地点附近建筑物的安全。
炸药爆炸的基本理论对于应力波，当应力应变呈线性关系时，介质中传播的是弹性波；呈非线性关系时，为塑性波和冲击波。
二、装药的内部作用与外部作用装药中心距自由面的垂直距离称为最小抵抗线，对于一定量的装药来说，若其最小抵抗超过某一临界值(临界抵抗)，当装药爆炸后，在自由面上不会看到爆破的迹象。
也就是爆破作用只发生在岩体的内部，未能达到自由面。
这种作用称为装药的内部作用。
发生这种作用的装药称为药壶装药。
临界抵抗决定于炸药的类型、岩石性质和装药量。
当装药发生内部作用时，除在装药处形成扩大的空腔外，还形成压碎圈、裂隙圈和震动圈。
在压碎圈内变形向方向成45°角的滑移面。
在裂隙圈内，但形成辐射状的径向裂隙，有时在径向裂隙之间还形成有环状的切向裂隙。
震动圈内的岩石没有任何破坏，只发生震动，其强度随距爆炸中心的距离增大而逐渐减弱，以致完全消失。
当装药的最小抵抗小于其临界抵抗时，在装药爆炸后，除在装药下方岩体内形成压碎圈、裂隙圈和振动圈外，装药上方一部分岩石将被破碎，脱离岩体，形成爆破漏斗。
爆炸中应力波理论分析及数值模拟
爆炸中应力波理论分析及数值模拟摘要：利用质量守恒定理以及动量守恒原理，对爆炸过程进行分析，推导出应力波在爆炸过程中的传播规律：应力波的幅值，波形和传播速度都会随着介质到重要中心的距离的变化而改变，并且呈现衰减趋势。
并用ANSYS模拟球形装药的应力波传播，对上述传播规律进行说明。
关键词：爆炸应力波数值模拟The Theoretical Analysis and Numerical Modeling ofExplosive Stress WaveAbstract:Analysis explosion process with the law of the law of conservation of energy and the law of conservation of mass.Propagation rule of stress wave in the explosion process is deduced.The rule suggests amplitude,waveform and wave velocity all change along with the change of media’s distance to the center of the explosion,and show a trend of attenuation. Simulate stress wave of spherical charge by ANSYS and prove the rule mentioned above.Keywords: Explosion , Stress Wave,Numerical modeling 爆炸时炸药会突然在物理和化学性质上发生巨大变化，同时伴随着巨大能量的释放，在爆炸冲击波向外传播是对周围介质进行作用，所以能够认为是应力波在介质中传播的过程。
随着介质中质点距离爆炸中心的距离的不同，应力波呈现出不同的特性，在炸药中传播的是爆轰波，附近介质中为冲击波，随距离增大变为塑性波和弹性波。
爆炸波传播特性研究
爆炸波传播特性研究在我们生活的世界中，爆炸是一种极具破坏性和危险性的现象。
无论是工业生产中的意外爆炸，还是军事领域中的武器爆炸，爆炸所产生的爆炸波都会对周围环境和物体造成巨大的影响。
因此，深入研究爆炸波的传播特性对于预防爆炸事故、减轻爆炸危害以及提高爆炸相关技术的应用具有极其重要的意义。
爆炸波，简单来说，就是爆炸所产生的能量在介质中以波的形式传播。
它具有强大的压力和能量，可以瞬间摧毁建筑物、设备，甚至危及生命。
为了更好地理解爆炸波的传播特性，我们首先需要了解爆炸波的产生机制。
当爆炸发生时，爆炸物在极短的时间内释放出大量的能量，形成高温、高压的气体。
这些气体迅速膨胀，对周围的介质产生强烈的冲击，从而形成爆炸波。
爆炸波的强度取决于爆炸物的性质、数量以及爆炸的方式等因素。
爆炸波在空气中的传播具有一些显著的特点。
首先，爆炸波的传播速度非常快，通常可以达到每秒数千米。
这使得爆炸波能够在短时间内覆盖较大的区域。
其次，爆炸波在传播过程中，其压力和能量会逐渐衰减。
这是因为爆炸波在传播过程中会与空气分子发生摩擦、碰撞等相互作用，导致能量的损失。
爆炸波在不同介质中的传播特性也有所不同。
例如，在水中，由于水的密度较大，爆炸波的传播速度更快，能量衰减也相对较慢。
而在固体介质中，爆炸波的传播会受到介质的弹性、塑性等性质的影响，表现出更为复杂的传播特性。
研究爆炸波的传播特性，实验研究是一种非常重要的方法。
通过在实验室中模拟爆炸过程，我们可以测量爆炸波的压力、速度、温度等参数，从而深入了解爆炸波的传播规律。
同时，数值模拟也是研究爆炸波传播特性的有力手段。
利用计算机模拟爆炸过程，可以更加直观地展示爆炸波的传播过程，并且可以方便地改变参数，研究不同条件下爆炸波的传播特性。
在实际应用中，对爆炸波传播特性的研究具有广泛的意义。
在工业领域，了解爆炸波的传播特性可以帮助我们设计更加安全的化工生产设施，预防爆炸事故的发生。
在建筑设计中，考虑爆炸波的影响可以提高建筑物的抗爆能力，保障人员的生命安全。
采矿爆炸应力波研究入门
采矿爆炸应力波研究入门引言采矿爆炸是一种常见的开采矿物资源的工艺方法。
在这个过程中，爆炸能释放出巨大的能量，以破坏矿石和周围岩石，使矿石变得易于采集和处理。
然而，这种爆炸所产生的应力波也会对采矿过程产生影响。
本文将介绍采矿爆炸应力波的基本原理和研究方法，以及其对采矿过程的影响。
希望通过本文能够为矿石开采工作者和相关研究人员提供一个入门的指南。
1. 爆炸应力波的原理爆炸应力波是由爆炸释放的能量引起的压力和应力波动。
当炸药或其他爆炸源在矿石或岩石中爆炸时，能量会以波的形式向外传播。
这些波包括冲击波和压力波，并且可以对周围的岩石和矿石产生强力的冲击和震动。
爆炸应力波的传播速度取决于爆炸源的性质和周围介质的物理特性。
常见的爆炸速度范围在数千米/秒到十几千米/秒之间。
这种高速传播的应力波可以在岩石中引起裂纹扩展、应力释放和岩石崩塌等现象。
2. 爆炸应力波的测量方法研究爆炸应力波的传播和影响需要进行准确的测量和分析。
以下是几种常用的测量方法：2.1 震动传感器震动传感器是一种可以测量地面振动的设备。
在采矿爆炸中，震动传感器常常被放置在事先选定的位置上，以记录爆炸过程中地面的震动情况。
通过分析传感器记录的震动数据，可以获得爆炸应力波的传播速度和幅度等信息。
2.2 应力计应力计是一种用于测量物体受力情况的设备。
在采矿爆炸中，可以将应力计放置在岩石或矿石中，以测量爆炸应力波对其施加的力和压力。
通过分析应力计的测量结果，可以了解爆炸应力波对岩石和矿石的影响程度。
2.3 地震仪地震仪是一种专门用于测量地震活动的设备。
在采矿爆炸中，地震仪可以用于记录爆炸过程中产生的地震信号。
通过分析地震仪记录的数据，可以判断爆炸应力波的传播路径和传播速度。
3. 爆炸应力波对采矿过程的影响爆炸应力波对采矿过程产生的影响是非常重要的。
以下是几个常见的影响：3.1 岩石破碎爆炸应力波的冲击力可以引起岩石的破碎和破坏。
这对于矿石的采集和处理非常关键。
爆炸中应力波理论分析及数值模拟
爆炸中应力波理论分析及数值模拟摘要：利用质量守恒定理以及动量守恒原理，对爆炸过程进行分析，推导出应力波在爆炸过程中的传播规律：应力波的幅值，波形和传播速度都会随着介质到重要中心的距离的变化而改变，并且呈现衰减趋势。
并用ANSYS模拟球形装药的应力波传播，对上述传播规律进行说明。
关键词：爆炸应力波数值模拟The Theoretical Analysis and Numerical Modeling ofExplosive Stress WaveAbstract:Analysis explosion process with the law of the law of conservation of energy and the law of conservation of mass.Propagation rule of stress wave in the explosion process is deduced.The rule suggests amplitude,waveform and wave velocity all change along with the change of media’s distance to the center of the explosion,and show a trend of attenuation. Simulate stress wave of spherical charge by ANSYS and prove the rule mentioned above.Keywords: Explosion , Stress Wave,Numerical modeling 爆炸时炸药会突然在物理和化学性质上发生巨大变化，同时伴随着巨大能量的释放，在爆炸冲击波向外传播是对周围介质进行作用，所以能够认为是应力波在介质中传播的过程。
随着介质中质点距离爆炸中心的距离的不同，应力波呈现出不同的特性，在炸药中传播的是爆轰波，附近介质中为冲击波，随距离增大变为塑性波和弹性波。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第27卷 第2期2010年6月爆 破 BLASTI NGV o.l 27 N o .2Jun .2010DO I :10.3963/.j issn.1001-487X.2010.02.009爆炸应力波传播规律与TSP 基本原理分析*王国斌1,2,利奕年2,杨文东3(1.中国地质大学工程学院,武汉430074;2.湖北省交通规划设计院,武汉430051;3.武汉理大学土木工程与建筑学院,武汉430070)摘 要: T SP 是一种用微量炸药爆破产生地震波进行隧道地质超前预报的技术。
为了更好地了解T SP 基本原理,分析了炸药爆炸所产生的应力波在介质中的传播形式及其能量的分配,推导了应力波传播形式的波动方程。
在此基础上,详细地阐述了T SP 超前预报探测系统工作原理和T SP 测试爆破设计,最后应用TSP 法对某隧道掌子面进行了探测分析。
这些成果可为探测人员进一步掌握TSP 技术提供一些理论参考。
关键词: 爆炸; 应力波; TSP; 爆破设计中图分类号: O 382 文献标识码: A 文章编号: 1001-487X (2010)02-0032-04Anal ysis of Propagation Characteristics of ExplosionStressW ave and Basic Pri nci ple of TSPWANG Guo bin 1,2,LI Yi nian 2,Y ANG W en dong3(1.Schoo l of Eng i n eering ,Ch i n a U niversity o fGeosc iences ,W uhan 430074,China ;2.Co mm un ications Plann i n g and D esi g n I nstitute o fH uhe i Prov i n ce ,W uhan 430051,Ch i n a ;3.Schoo l o f C ivil Eng i n eering and Architecture ,W uhan U niversity of Techno logy ,W uhan 430070,China)A bstract : TSP i s a tunne l geo l og ica l adv anced pred icti on techno l ogy through se i s m ic wave produced by m i nicharge exp l os i on .In o rder to understand t he bas i c princ i p l e o f TPS be tter ,this artic l e ana lysis propagation for m s and energy distr i buti on of exp l os i ve stress wave i n t he m edi um and deduces the vo l a tility equati on o f stressw ave propaga tion for m s .Based on t h is ,this artic l e deta iled l y describes the wo rk i ng pr i nciple o f TSP advanced pred icti on detecti on syste m and T SP testing b l asti ng design .In t he end ,T SP i s appli ed to detect a t unne l face .T hese res u lts can prov i de som e theo retical re f e rences for prob i ng persons t o g rasp T SP techno logy furt her .K ey words : expl o si on ;stress w ave ;tunne l se i s m i c pred i c ti on;blasting desi gn 收稿日期:2010-01-14作者简介:王国斌(1974-),男,博士生,E ma i :l vocar @si na .co m 。
基金项目:湖北省交通科技项目(鄂交科教[2005]361号)0 引言TSP(Tunnel Se is m ic Pred iction)是目前隧道施工超前地质预报最为有效的方法之一,它是一种无损的地震波反射探测技术。
该技术采用微量炸药爆破人为形成多个微振源,利用爆破地震波在岩土体中传播规律来探测隧道施工前方的地质状况。
为了探测技术人员更好地了解TSP 基本原理及其使用,首先,对炸药爆炸所产生的应力波在介质中的传播规律进行了分析,然后,详细地阐述了TSP 超前预报探测系统工作原理和TSP 测试爆破设计及其应用。
1 爆炸应力波传播形式及波动方程1)爆炸应力波传播形式炸药包爆炸所产生的应力波,在介质中的传播形式及其能量的分配是不同的,如图1所示。
在靠近爆源3~7倍药包半径的距离内,以冲击波的形式出现,占爆炸能量的60%以上;在距爆源120~150倍药包半径的距离内,以压缩波的形式出现,占爆炸能量的30%以上;直到距爆源超过药包半径150倍的距离后,才以地震波的形式出现,只占爆炸能量的10%左右[1 2]。
图1 爆炸应力波在介质中的传播形式2)波动方程设有一平面余弦行波,沿X 轴的正向传播,波速为C,取O 作为计算坐标的原点,X 表示各质点在波线上的平衡位置,y 表示振动位移,则质点的振动方程为[3 5]y =A cos t -XC(1)式中,A 为振幅; 为频率;y 为距离坐标原点X 处质点在时刻的位移。
平面波波动方程由(1)式分别对t 和X 求二阶偏微分,得到2y t 2=-A 2cos t -XC 2y X 2=-A 2C2cos t-XC 比较上列2式,即得2y X 2=1C 2 2yt2(2)式(2)所反映的是平面波的共同特征,统称为平面波波动方程,可以证明,在三维空间中传播的一切波动过程,只要介质是理想的,无吸收的各向同性的均匀介质,都符合下式2x 2+ 2y 2+ 2z 2=1C 2 2t2(3)式中, 为位移,该式常称为平面波波动方程。
球面波波动方程将式(3)化成球坐标的形式,并注意到各个径向方向上的传播完全相同,即可得到球面波的波动方程为2(r ) r 2=1C 2 2(r )t2(4)式中, 为位移,r 为沿任一半径方向上离点波源或球心的距离。
2 TSP 超前预报探测系统工作原理TSP(Tunne l Seis m ic Prediction)203p l u s 系统是瑞士Am berg 工程技术公司的最新产品,是一种快速、有效、无损的地震波反射探测技术,人为形成多个微振源,采用微量炸药爆破产生地震波并以球面波的形式在岩体中传播,其中一部分沿掌子面轴向传播,当地震波遇到地层界面、节理面,特别是断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落带、淤泥等不良地质界面时,将产生反射波,反射波的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关界面的性质和产状相关,并通过不同数据表现出来,然后被高灵敏度的特制地震检波器接收,并被转换成电信号加以放大。
经过电脑处理后,形成反应相关界面或地质体反射能量的影像点图和隧道平面、剖面图;一部分直接向接受器方向传播,被接受器接受,形成首到波,由此可计算波速[6 8]。
纵波波速计算公式:V p =L 1T 1(5)式中,L 1为振源到传感器的距离,m;T 1为首波到达传感器的时间,s 。
从起爆到反射信号被接受,这段时间与距反射界面的距离成比例,由反射时间和地震波的速度进行换算,得出反射面的位置和与隧道轴线的夹角,从而确定出距掌子面的距离和大体的形状,同时还可以通过对波速的计算将岩性的变化显示出来。
进而结合具体的地质情况,预测诸如断层破碎带、软弱岩层、溶洞等影响施工的不良地质构造的位置、宽度、产状等,见图2所示。
图2 T SP 超前预报探测系统工作原理33第27卷 第2期 王国斌,利奕年,杨文东 爆炸应力波传播规律与T SP 基本原理分析反射波传播时间计算公式:T 2=(L 2+L 3)V p =(2L 2+L 1)V p(6)式中,T 2为反射波传播时间,s ;L 2为爆破孔到反射面的距离,m;L 3为传感器到反射面的距离,m 。
3 TS P 测试爆破设计与测试结果分析1)TSP 测试现场爆破设计图3为TSP 测试现场探测布置示意图。
在隧道出边墙距地面约1.0m 高的水平线上,按间距约1.0m 、孔深约1.50m 、孔径35~38mm 、下倾15 ~20 的标准钻24个炮孔,最后1个炮孔距掌子面约50m 。
1只传感器布置在边墙距第1个炮孔约15.0m 的位置,安装传感器的接收孔深约2.0m 、孔径42~45mm 、上倾5 ~10。
图3 T SP 测试现场探测布置示意图(单位:m )爆破使用乳化炸药和瞬时电雷管,每个孔装炸药量一般为50g 左右。
为保证炸药与炮孔严密合,各炮孔装药后灌满水,用软塑 可塑状泥土或锚固剂等进行炮孔填塞。
炮孔按顺序逐个引爆,并由仪器记录下各道信号。
数据采集时,为减少噪声对采集数据的影响,工区内应停止其它施工作业,尤其是针对岩体的作业。
2)TSP 测试结果分析应用TSP 法某隧道K256+854掌子面进行了探测,经过资料整理,形成了该掌子面的TSP 二维反射层面图,见图4所示。
图4 某隧道K 256+854掌子面T SP 探测反射层面图从2D 反射层面图中可以看出,在本预报区段内,主要反射面在K256+804~K256+774处,从2D 图上看,反射面主要由隧道左边墙外侧向隧道方向延伸。
结合现场地质观察情况,推测围岩工程地质水文地质条件如下:K256+857~K256+806段,长51m 。
围岩为薄层状微风化灰岩,硬质岩石。
从2D 图上来看,该段围岩反射面较密集,主要由左边墙外侧向隧道延伸,纵波速度无明显变化,V p =5.0k m /s 。
横波速度在K256+840~K256+820段偏低,推测该小段在雨季时有少量裂隙水。
结合地质条件,推测该段围岩裂隙发育,岩体呈块碎状结构,局部有少量裂隙水。
K256+806~K256+770段,长36m 。
围岩为薄层状微风化灰岩,硬质岩石。
从2D 图上来看,该段围岩反射面密集,纵波速度有一处明显偏低,V p =4.0~5.0km /s 。