基于LS-DYNA模拟的巷道爆破空气冲击波传播特性研究

基于LS-DYNA模拟的巷道爆破空气冲击波传播特性研究

爆破技术在地下空间开挖中产生众多的危险因素,具有极高的危险性。其中,最受关注的是爆破过程中产生的振动、噪声、飞石、炮烟等危险因素的机理特性与防范控制措施,对于爆破产生的空气冲击波的危害却往往被忽略。然而,在地下有限空间作业时,由于冲击波受到巷道壁限制,出现了反射、叠加等现象,使得冲击波持续时间变长,压力衰减变缓,直接对空间内的人员与设备造成极大的破坏。因此,对爆破空气冲击波的传播特性进行分析,基于相关传播规律确定人员、设备的安全区域,并制定防范控制措施,不仅能有效地削减和控制冲击波所造成的伤害,对工程实践有一定的指导意义。

本文采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法对空气冲击波在不同巷道内的传播特性进行了研究。首先介绍了空气冲击波传播的基本理论,在量纲相似性理论的支撑下,建立了超压峰值和炸药量、等效断面直径、距离之间的定性关系。其次,利用LS-DYNA软件对直通巷道、弯道、分叉巷道模型进行了数值模拟。在SPSS软件的辅助下,根据直通巷道的模拟结果,确定了超压峰值和对比距离、对比直径之间的幂函数关系,建立了具体的量纲模型；又结合经验公式对该模型进行校正,得到了ΔP=3.749·(?)。

随后又分析了不同拐弯和分叉角度对冲击波传播特性的影响,结果表明：弯道或分叉角度越大,冲击波恢复为平面波所需距离越长；主巷道偏转角度越大,恢复为平面波的距离越长。最后根据某隧道现场爆破情况,结合量纲模型和现场测试值,确定了主巷道和联络巷内的最佳躲避距离,并制定了避炮措施。