CN109992841B - 一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法 - Google Patents

一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109992841B
CN109992841B CN201910181741.7A CN201910181741A CN109992841B CN 109992841 B CN109992841 B CN 109992841B CN 201910181741 A CN201910181741 A CN 201910181741A CN 109992841 B CN109992841 B CN 109992841B
Authority
CN
China
Prior art keywords
blasting
size
particle
model
distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910181741.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109992841A (zh
Inventor
胡英国
吴新霞
赵根
刘美山
王金绪
饶小康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Original Assignee
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission filed Critical Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority to CN201910181741.7A priority Critical patent/CN109992841B/zh
Publication of CN109992841A publication Critical patent/CN109992841A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109992841B publication Critical patent/CN109992841B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明提供的一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法，本发明方法充分利用连续介质计算方法和非连续介质计算方法的优点，实现爆破块度的高效与准确模拟。爆破粉碎区的块度尺寸小，且受结构面影响较小，采用连续介质计算方法模拟可以取得与非连续介质计算方法模拟相近的效果，但计算效率大大提高。在爆破中远区，结构面的影响作用显著增强，此时爆破块度的尺寸增大，必须使用非连续介质计算方法方可取得准确的模拟结果，因此采用DDA模型进行计算。由于只采用DDA模型计算尺寸较大的爆破块度的分布，计算效率得到大大提高。

Description

一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法
技术领域
本发明涉及工程爆破技术领域，具体来说涉及一种高效精细的爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法。
背景技术
岩体的开挖爆破过程中块度的形成是一个典型的非连续-连续的动力学响应过程。爆破形成的岩块的大多数表面是原生地质结构弱面，其数量大约占形成岩块表面总量的80%以上。随着粒径的减少，其破碎面中原结构面影响所占的比例逐渐减少，在粒径大于20mm至80mm的块度，由原始结构面控制所占到的比例达50~75%；当粒径为10mm时，结构面影响占的比例为10%。
爆破块度的预测方法有三种通用方法：其一为采用经验或半经验的爆破块度预测模型进行预报；其二为结合现场爆破的生产试验进行筛分；其三采用爆破块度数值仿真技术进行模拟。前两种方法经过多年的发展，已日趋成熟，但分别存在预测误差较大和耗时费力的短板。数值仿真技术具有成本低、效率高等诸多优势，但由于爆破过程的复杂性，目前尚无一种高效、精确且适用于爆破块度形成过程的数值仿真技术。
发明内容
针对背景技术所提出的问题，本发明考虑爆破粒径块度形成过程中受非连续特性影响的程度，提出了一种高效精细的爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法。
本发明提供的一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法，包括：
步骤1，根据开挖爆破对象的几何尺寸，利用LS-DYNA工具建立爆破对象的连续介质数值计算模型，记为LS-DYNA模型；
步骤2，在LS-DYNA模型中导入小粒径爆破块度预测模型，利用动力有限元方法预测连续介质的小粒径爆破块度的分布曲线，并确定小粒径和中大粒径爆破块度的分布边界，提取分布边界的质点振动速度和应力的时程曲线；
步骤3，利用DDA工具构建中大粒径的爆破块度预测模型，记为DDA模型，以步骤2确定的分布边界作为DDA模型的初始空腔边界，DDA模型的参数直接使用LS-DYNA模型的参数值；
步骤4，将步骤2提取的质点振动速度和应力施加于DDA模型的初始空腔边界，进行非连续计算，获得中大粒径爆破块度的分布特性，从而获得中大粒径爆破块度分布曲线；
步骤5，合并小粒径爆破块度和中大粒径爆破块度的分布曲线，得到爆破块度空间全方位耦合分布曲线图。
进一步的，小粒径和中大粒径爆破块度的分布边界为10mm爆破块度的分布边界，所述小粒径爆破块度指粒径不大于10mm的爆破块度；所述中大粒径的爆破块度指粒径大于10mm的爆破块度。
进一步的，步骤2具体为：
基于LS-DYNA的二次开发模块，将小粒径爆破块度预测模型导入，采用历史变量记录爆破块度值，预测连接介质的小粒径爆破块度的分布图；采用历史变量记录的爆破块度值，确定10mm爆破块度的分布边界，对预测结果云图进行筛选，并提取分布边界上的质点振动速度和应力。
进一步的，步骤3中，所述构建中大粒径的爆破块度预测模型，即将DDA模型中炮孔至10mm爆破块度的分布边界之间的区域删除。
本发明方法充分利用连续介质计算方法和非连续介质计算方法的优点，实现爆破块度的高效与准确模拟。爆破粉碎区的块度尺寸小，且受结构面影响较小，采用连续介质计算方法模拟可以取得与非连续介质计算方法模拟相近的效果，但计算效率大大提高。在爆破中远区，结构面的影响作用显著增强，此时爆破块度的尺寸增大，必须使用非连续介质计算方法方可取得准确的模拟结果，因此采用DDA模型进行计算。由于只采用DDA模型计算尺寸较大的爆破块度的分布，计算效率得到大大提高。
总而言之，与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）基于爆破块度形成机理，融合了连接介质计算模拟与非连续介质计算模拟的优势，实现了爆破块度的高效、准确模拟；
（2）过程简单，可操作性强。
附图说明
图1为本发明方法的具体流程示意图；
图2为实施例中构建的数值计算模型，其中，图（a）表示连续介质数值计算模型，图（b）表示非连续介质数值计算模型，图中V表示三个方向的质点振动速度时程曲线；
图3为实施例中小粒径爆破块度的预测结果云图；
图4为实施例中中大粒径爆破块度的预测爆堆图；
图5为实施例中小粒径和中大粒径的爆破块度的分布曲线图，即爆破块度空间全方位耦合分布曲线图；
图6为实施例中对比验证结果示意图。
图中，1-岩体，2-10mm爆破块度的边界，3-炮孔，4-炮孔堵塞段，5-DDA非连续块体，6-小粒径爆破块度分布，7-小粒径爆破块度分布图例，8-中大粒径非连续块度分布，9-小粒径爆破块度的分布曲线，10-中大粒径爆破块度的分布曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例中，爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法的具体步骤如下：
步骤1，根据开挖爆破对象的几何尺寸，利用LS-DYNA工具建立爆破对象的连续介质数值计算模型，记为LS-DYNA模型。
本实施例中，开挖爆破对象为水电工程中边坡或料场爆破的典型深孔台阶爆破，深孔台阶爆破的参数如下：台阶高度10m，炮孔堵塞段长度2.5m，抵抗线长度3.5m。利用LS-DYNA工具对该典型深孔台阶爆破建立连续介质数值计算模型，所构建的连续介质数值计算模型见图2（a），该连续介质数值计算模型用于计算小粒径块度的分布特性。
步骤2，在LS-DYNA模型中导入小粒径爆破块度预测模型，利用动力有限元方法计算小粒径爆破块度的分布曲线，并确定10mm爆破块度的分布边界，并提取分布边界在水平径向、水平切向和竖直方向三个方向的质点振动速度和应力的时程曲线。所述小粒径爆破块度指粒径不大于10mm的爆破块度。
具体来说，基于LS-DYNA的二次开发模块，将小粒径爆破块度预测模型导入，采用历史变量记录爆破块度值，预测连接介质的小粒径爆破块度的分布图，见图3所示的预测结果云图。采用历史变量记录的爆破块度值，确定10mm爆破块度的分布边界，对预测结果云图进行筛选，并提取分布边界上的质点振动速度和应力。
步骤3，利用DDA（非连续分析计算方法软件）工具构建中大粒径的爆破块度预测模型，记为DDA模型，即图1中所示的DDA前处理；以步骤2确定的分布边界作为DDA模型的初始空腔边界。由于DDA模型也是需要根据开挖爆破对象的几何尺寸来构建，为简便起见，DDA模型的参数直接使用步骤1构建的LS-DYNA模型的参数值。所述中大粒径指粒径大于10mm。所构建的DDA模型用于计算中大粒径爆破块度的非连续运动特性与分布特性。
具体来说，在构建中大粒径的爆破块度预测模型时，将DDA模型中炮孔至10mm爆破块度的分布边界之间的区域删除，所构建的爆破块度预测模型参见图2（b）。
步骤4，将步骤2所提取的分布边界上的质点振动速度和应力的信息施加于DDA模型的空腔边界，并进行非连续计算，获得中大粒径爆破块度的分布特性，并建立相应的中大粒径爆破块度分布曲线。
本实施例中获得的中大粒径爆破块度的分布特性见图4所示，图5为本实施例计算的小粒径爆破块度的连续分布曲线和中大粒径爆破块度的非连续分布曲线。
步骤5，将利用连续介质计算方法模拟的小粒径爆破块度分布曲线和利用非连续介质计算方法模拟的中大粒径爆破块度分布曲线合并 ，见图5所示。
为验证本发明方法的有益效果，将采用本发明方法获得的爆破块度预测结果与爆破现场筛分结果进行对比，对比结果见图6所示。从图中可以看出，与采用纯小粒径爆破块度预测模型和采用纯DDA模型的预测结果相比，本发明方法的预测结果与筛分结果最为接近，准确性更高。

Claims (4)

1.一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法，其特征在于，包括：
步骤1，根据开挖爆破对象的几何尺寸，利用LS-DYNA工具建立爆破对象的连续介质数值计算模型，记为LS-DYNA模型；
步骤2，在LS-DYNA模型中导入小粒径爆破块度预测模型，利用动力有限元方法预测连续介质的小粒径爆破块度的分布曲线，并确定小粒径和中大粒径爆破块度的分布边界，提取分布边界的质点振动速度和应力的时程曲线；
步骤3，利用DDA工具构建中大粒径的爆破块度预测模型，记为DDA模型，以步骤2确定的分布边界作为DDA模型的初始空腔边界，DDA模型的参数直接使用LS-DYNA模型的参数值；
步骤4，将步骤2提取的质点振动速度和应力施加于DDA模型的初始空腔边界，进行非连续计算，获得中大粒径爆破块度的分布特性，从而获得中大粒径爆破块度分布曲线；
步骤5，合并小粒径爆破块度和中大粒径爆破块度的分布曲线，得到爆破块度空间全方位耦合分布曲线图。
2.如权利要求1所述的爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法，其特征在于：
小粒径和中大粒径爆破块度的分布边界为10mm爆破块度的分布边界，所述小粒径爆破块度指粒径不大于10mm的爆破块度；所述中大粒径的爆破块度指粒径大于10mm的爆破块度。
3.如权利要求1所述的爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法，其特征在于：
步骤2具体为：
基于LS-DYNA的二次开发模块，将小粒径爆破块度预测模型导入，采用历史变量记录爆破块度值，预测连接介质的小粒径爆破块度的分布图；采用历史变量记录的爆破块度值，确定10mm爆破块度的分布边界，对预测结果云图进行筛选，并提取分布边界上的质点振动速度和应力。
4.如权利要求1所述的爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法，其特征在于：
步骤3中，所述构建中大粒径的爆破块度预测模型，即将DDA模型中炮孔至10mm爆破块度的分布边界之间的区域删除。
CN201910181741.7A 2019-03-11 2019-03-11 一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法 Active CN109992841B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910181741.7A CN109992841B (zh) 2019-03-11 2019-03-11 一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910181741.7A CN109992841B (zh) 2019-03-11 2019-03-11 一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109992841A CN109992841A (zh) 2019-07-09
CN109992841B true CN109992841B (zh) 2022-12-06

Family

ID=67129574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910181741.7A Active CN109992841B (zh) 2019-03-11 2019-03-11 一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109992841B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110986707B (zh) * 2019-11-25 2022-03-04 淳安千岛湖子龙土石方工程有限公司 一种用于围堰爆破方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012047613A (ja) * 2010-08-27 2012-03-08 Kajima Corp 発破ズリの粒径計測方法及びシステム
CN104239637A (zh) * 2014-09-16 2014-12-24 武汉大学 一种离散元爆堆形态模拟方法
CN105224742A (zh) * 2015-09-29 2016-01-06 鞍钢集团矿业公司 一种分析爆破作用下台阶边坡稳定性的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015165137A1 (zh) * 2014-04-30 2015-11-05 河海大学 一种含氟聚合物在配制透明冻土中的应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012047613A (ja) * 2010-08-27 2012-03-08 Kajima Corp 発破ズリの粒径計測方法及びシステム
CN104239637A (zh) * 2014-09-16 2014-12-24 武汉大学 一种离散元爆堆形态模拟方法
CN105224742A (zh) * 2015-09-29 2016-01-06 鞍钢集团矿业公司 一种分析爆破作用下台阶边坡稳定性的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109992841A (zh) 2019-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Das et al. A mesh-free approach for fracture modelling of gravity dams under earthquake
CN114297864B (zh) 一种受陡缓倾角控制的碎裂松动岩体边坡稳定性分析方法
CN103424654A (zh) 一种敏感设备电压暂降敏感度的评估方法
CN114722614B (zh) 一种基于二维-三维协同的爆破动力响应模拟方法
CN109992841B (zh) 一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法
CN112364422B (zh) 基于mic-lstm的盾构施工地表变形动态预测方法
CN104297788A (zh) 基于波形起振趋势线斜率的矿山微震和爆破信号识别方法
CN115325893A (zh) 一种隧道爆破扩挖施工方法及系统
CN104239637A (zh) 一种离散元爆堆形态模拟方法
CN113255175A (zh) 一种层状软岩爆破数值模拟方法
CN115510778A (zh) 一种陆相页岩储层无限级压裂工艺优化方法及系统
CN106372295B (zh) 砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全水平距离的确定方法
CN115238553A (zh) 一种地埋管线渗漏浸蚀的危险区域划分方法和系统
Li et al. A coupled MPM-DEM method for modelling soil-rock mixtures
CN112241603B (zh) 高位滑坡冲击铲刮及下垫层汇入过程的数值仿真方法
CN113221228A (zh) 水电站地下洞群围岩力学参数反演方法
CN110704927B (zh) 一种深井巷道围岩动态控制方法
WO2023124938A1 (zh) 测试完井管柱的射孔爆轰分析方法及装置
CN102493800B (zh) 一种射孔弹性能参数的欧拉获取方法
CN113886992B (zh) 一种基于多保真度数据的数字孪生建模方法
CN105205851A (zh) 一种基于gpu超算的特种电影渲染方法及系统
CN106934729A (zh) 建筑检测鉴定方法及装置
CN103077556B (zh) 油井出砂的三维数值模型设计方法
Wan et al. Study on Coal Gangue Identification Based on Vibration and Its Adaptability to Coal‐Caving Process Parameters
CN108875163A (zh) 一种评价三维裂缝网络连通性的方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20190709

Assignee: Hubei Haosheng Explosives engineering Co.,Ltd.

Assignor: CHANGJIANG RIVER SCIENTIFFIC Research Institute OF CHANGJIANG WATER RESOURCES COMMISSION

Contract record no.: X2023980036299

Denomination of invention: A Numerical Simulation Method for Omnidirectional Zoning Coupling of Blasting Block Size Space

Granted publication date: 20221206

License type: Common License

Record date: 20230608