[发明专利]一种爆破块度空间全方位分区耦合数值仿真方法

说明书

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。

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。