岩体动力损伤仿真技术与工程应用

  • 获奖名称: 岩体动力损伤仿真技术与工程应用
  • 获奖等级: 二等奖
  • 获奖类别: 中国爆破行业协会科学技术奖
  • 授奖单位: 中国爆破行业协会
  • 完成单位: 长江水利委员会长江科学院、武汉大学
  • 获奖年度: 2018
  • 获奖人员: 胡英国、陈明、赵根、严鹏、李鹏、黎卫超、饶小康、饶宇、何锁、杨招伟、李瑞泽
  • 成果简介:项目背景情况 爆破是岩体工程开挖的主要手段，爆区岩体在被粉碎抛掷的同时，保留岩体由表到里受到不同程度的开挖扰动，在爆破近区形成一定范围的损伤区，损伤区的分布特性与合理控制对工程的安全运营意义重大，掌握爆破开挖损伤区的形成及演化过程是岩体工程稳定性评价、变形控制及支护优化设计的重要基础。 本项目以岩石动力学、损伤力学、爆炸力学、断裂力学等多学科理论和技术为基础，采用基于LS-DYNA的二次开发技术，结合我国金沙江下游重大水电工程的开挖实践，研究岩体爆破损伤数值仿真技术与工程应用。成果已在溪洛渡、白鹤滩以及向家坝水电站坝基开挖爆破中得到应用和验证，并取得了良好的效果。 主要技术创新 （1）基于岩体爆破过程中的应力波传播作用机理，考虑压剪损伤效应，修正宏观弹性常数的确定方法，建立反映拉压联合作用机制的爆破损伤模型，实现了岩体爆破损伤空间分布特征的预测和仿真。 （2）基于LS-DYNA重启动技术，提出了岩体开挖爆破全过程的累计损伤数值模拟方法，实现了群孔爆破全过程损伤演化的数值反演；研发了岩体爆破过程非连续-连续的数值计算方法。 （3）结合大型水电工程的岩石高边坡爆破开挖，分析了岩体爆破损伤深度与质点峰值振动速度的数学关系，提出了基于损伤-振动耦合机制的岩石高边坡开挖爆破损伤控制方法。 推广应用情况 （1）水工大坝基础开挖爆破的数值仿真 本项目所提的岩体动力损伤数值仿真技术在金沙江下游系列特大型水电站（溪洛渡、乌东德以及白鹤滩）的大坝基础开挖过程中得到广泛的应用，通过少量的爆破试验进行调试得到合理的数值计算参数，然后开展大量的爆破工况的数值仿真，预测不同爆破参数的开挖效果，进而比选合理的爆破参数。 （2）深埋洞室开挖爆破的数值仿真 本项目所提的岩体动力损伤数值仿真技术在锦屏二级引水隧洞以及锦屏地下试验室的开挖爆破中得到了成功的应用，采用该技术成果预测了深埋洞室的爆破损伤空间分布特性，分析了高地应力条件下开挖爆破的扰动机理，有利于深埋隧洞开挖爆破参数的选择。 （3）特殊对象、特殊爆破参数的数值仿真 本项目所提的动力损伤数值仿真技术同样在楼房建筑物的爆破拆除以及大坝混凝土的抗毁性能评价中得到成功的应用。例如在目前正在推广的复合消能垫层的研发和使用中，采用动力损伤数值仿真技术对不同型式的垫层以及不同的炮孔装药结构进行了数值仿真，并取得令人满意的效果。 综上所述，本项目所提的岩体动力损伤数值仿真技术在水电、交通、矿山以及市政等各类工程中适用，具有广泛的推广应用前景。