CN117313322A - 一种基于图像模拟的爆破块度分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，其涉及工程爆破模拟技术领域。包括：建立爆破现场的二维平面应变模型，在所述二维平面应变模型上划分网格；根据爆破现场的情况设置参数；通过设置的参数对所述二维平面应变模型进行求解，将达到损伤变量阈值的网格删除，模拟炸药爆炸所产生的裂纹，得到岩石的爆破块度图像；爆破块度图像进行灰度化处理，对灰度化处理后的爆破块度图像进行分析，生成爆破块度的级配曲线。本发明能够基于现场实际情况模拟炸药爆炸所产生的裂纹，得到岩石的爆破块度图像，提前对爆破块度进行预测，对现场爆破方案提供指导和优化，节省大量的时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及工程爆破模拟技术领域，特别涉及一种基于图像模拟的爆破块度分析方法。
背景技术
钻孔爆破因为其经济高效，被广泛应用于砂石矿山、水利水电、交通运输和市政工程中。岩石的爆破块度是评价爆破效果的重要指标，爆破后的块度大小影响后续的铲装和运输效率，进而影响工程的工期和经济效益，因此有必要对爆破块度进行研究，为现场爆破方案提供指导和优化。
现有技术中，在爆破后对现场的碎石拍照，通过对一次爆破后的碎石照片进行统计和分析，在下一次循环爆破前对爆破参数进行改进。
上述现有技术存在的缺陷是：在爆破后对现场的碎石拍照进行统计和分析，但是这种方法只能在一次爆破后进行统计和分析，在下一次循环爆破前对爆破参数进行改进，无法对爆破块度提前预测，需要大量的时间和成本。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于图像模拟的爆破块度分析方法。
本发明实施例提供一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，包括：
建立爆破现场的二维平面应变模型，在所述二维平面应变模型上划分网格；
根据爆破现场的情况设置如下参数：模型的无反射边界和对称边界，装药结构，炸药布孔方式，物理力学参数；
通过设置的参数对所述二维平面应变模型进行求解，将达到损伤变量阈值的网格删除，模拟炸药爆炸所产生的裂纹，得到岩石的爆破块度图像；
爆破块度图像进行灰度化处理，对灰度化处理后的爆破块度图像进行分析，生成爆破块度的级配曲线。
另外的，在所述二维平面应变模型上划分网格时，使岩石部分网格与ALE流体网格在空间中重叠。
另外的，对所述二维平面应变模型划分网格时进行精细划分，网格尺寸最大不超过1cm×1cm。
另外的，所述物理力学参数包括土层密度、孔隙度、饱和度、渗透系数。
另外的，所述损伤变量阈值通过临界状态岩体的损伤变量Dc来确定：
Dc＝1-(v2/v1)2＝1-(1-η)2
其中，v1，v2分别为爆前和爆后岩体的纵波速度，η为爆后岩体声波速度降低率。
另外的，使用图像分析软件WipFrag对灰度化处理后的爆破块度图像进行边界判别，去除边界模糊的地方。
本发明实施例提供的上述一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，与现有技术相比，其有益效果如下：
通过建立爆破现场的二维平面应变模型，在所述二维平面应变模型上划分网格；根据爆破现场的情况设置的参数对所述二维平面应变模型进行求解，将达到损伤变量阈值的网格删除，模拟炸药爆炸所产生的裂纹，得到岩石的爆破块度图像，提前对爆破块度进行预测，对现场爆破方案提供指导和优化，节省大量的时间和成本。
附图说明
图1为一个实施例中提供的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法的流程图；
图2为一个实施例中提供的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法的爆破模型图；
图3为一个实施例中提供的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法的通过ANSYS/LS-DYNA软件计算得到的并经过灰度化处理后的爆破块度结果图；
图4为一个实施例中提供的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法的WipFrag软件自动识别的爆破块度边界图；
图5为一个实施例中提供的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法的经过手动调整后的爆破块度识别边界图；
图6为一个实施例中提供的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法的爆破块度识别图；
图7为一个实施例中提供的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法的通过WipFrag软件对爆破块度进行统计和分析的结果图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
一个实施例中，提供的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，如图1所示，该方法包括：
基于实际情况，通过前处理软件HYPERMESH建立二维平面应变模型并划分网格，同时为了使流体部分与岩石实体发生流固耦合作用，在建立模型时使岩石部分网格与ALE流体网格在空间中重叠；
设置模型的无反射边界和对称边界，炸药、装药介质和岩石的本构模型及土层密度、孔隙度、饱和度、渗透系数等物理力学参数；
通过ANSYS/LS-DYNA软件对模型进行求解计算，同时在计算过程中将达到损伤变量阈值的网格删除，模拟岩石中由于炸药爆炸所产生的裂纹，得到岩石的爆破块度；
对计算出的爆破块度图像进行灰度化处理；
通过图像分析软件对灰度化处理后图像的爆破块度进行统计和分析。
根据某一现场实际情况，在ANSYS/LS-DYNA软件中建立多炮孔平面应变模型，其爆破参数为：根据现场实际情况建立尺寸为4.90m×4.10m的模型，对模型精细划分得到边长为5mm×5mm的网格，装药直径为70mm，药卷长度为3.0m，堵塞长度为0.6m，采用耦合装药结构。其中岩石的本构模型选用RHT材料模型，炸药采用2号岩石乳化炸药，炸药的参数为：密度1000kg/m3，爆速4000m/s，材料模型选用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN，炸药的爆轰过程采用JWL状态方程描述，如图2所示，为建立的二维平面应变模型。
对建立的二维平面应变模型进行求解计算，来模拟爆破块度，同时为更好的模拟爆破块度，在ANSYS/LS-DYNA计算文件中添加关键字，在计算过程中将达到损伤变量阈值的网格进行删除，模拟岩石中由于炸药爆炸产生的裂纹，根据相关资料，边坡爆破开挖条件下的损伤变量Dc达到1.0时，岩体处于完全破碎状态，因此在本实施例中岩体的损伤变量阈值取为1.0。
损伤变量Dc：
Dc＝1-(v2/v1)2＝1-(1-η)2
其中，v1，v2分别为爆前和爆后岩体的纵波速度，η为爆后岩体声波速度降低率。
为使通过ANSYS/LS-DYNA软件模拟计算得到的爆破块度边界更容易被图像分析软件识别，对图像进行灰度化处理，如图3所示，为经过灰度化处理后的图像。
图像分析软件WipFrag对于爆破块度边界自动识别的效果较差如图4所示，因此需要对爆破块度边界的识别进行判别和微调，如图5所示，为手动对爆破块度边界调整后的结果。
如图6所示，为软件对爆破块度的识别。如图7所示，为软件对爆破块度统计和分析的结果。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，其特征在于，包括：
建立爆破现场的二维平面应变模型，在所述二维平面应变模型上划分网格；
根据爆破现场的情况设置如下参数：模型的无反射边界和对称边界，装药结构，炸药布孔方式，物理力学参数；
通过设置的参数对所述二维平面应变模型进行求解，将达到损伤变量阈值的网格删除，模拟炸药爆炸所产生的裂纹，得到岩石的爆破块度图像；
爆破块度图像进行灰度化处理，对灰度化处理后的爆破块度图像进行分析，生成爆破块度的级配曲线。
2.如权利要求1所述的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，其特征在于，在所述二维平面应变模型上划分网格时，使岩石部分网格与ALE流体网格在空间中重叠。
3.如权利要求1所述的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，其特征在于，对所述二维平面应变模型划分网格时进行精细划分，网格尺寸最大不超过1cm×1cm。
4.如权利要求1所述的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，其特征在于，所述物理力学参数包括土层密度、孔隙度、饱和度、渗透系数。
5.如权利要求1所述的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，其特征在于，所述损伤变量阈值通过临界状态岩体的损伤变量Dc来确定：
Dc＝1-(v2/v1)2＝1-(1-η)2
其中，v1，v2分别为爆破前后岩体的纵波速度，η为爆后岩体声波速度降低率。
6.如权利要求1所述的一种基于图像模拟的爆破块度分析方法，其特征在于，使用图像分析软件WipFrag对灰度化处理后的爆破块度图像进行边界判别，去除边界模糊的地方。
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