[发明专利]基于金属丝电爆炸的深埋隧道周边孔爆破实验装置及方法

说明书

本发明公开了基于金属丝电爆炸的深埋隧道周边孔爆破实验装置及方法，应用于深部岩体隧道开挖与成型领域，包括：绝缘棒、正电极、负电极、金属丝、模具及底座；所述绝缘棒两端设有竖向凹槽，临近端部设有横向贯穿孔，所述正电极与负电极安装于绝缘棒两侧竖向凹槽内，且正电极穿过绝缘棒贯穿孔，所述金属丝两端焊接于两电极端部的槽孔内，所述模具为可拆卸式，内表面有电镀层，所述底座由螺栓将第一模型、第二模型与底座组合固定而成；本发明利用金属丝在高压脉冲下发生电爆炸产生的冲击波模拟隧道爆破中炸药爆炸的冲击波，设计了深埋隧道掘进中周边孔爆破模拟实验装置及方法，实现了不同动静载荷耦合条件下的多种隧道模型的室内爆破实验。

技术领域

本发明涉及到深部岩体隧道开挖与成型技术领域，更具体的说是一种基于金属丝电爆炸的模拟深埋隧道周边孔爆破实验装置及方法。

背景技术

目前，钻爆法是深埋隧道破岩掘进的主要方法，利用炸药爆炸瞬间产生的冲击波与爆生气体作用于周围岩体上，使其产生破碎与损伤，爆破过程包括掏槽爆破、辅助爆破和周边爆破。周边爆破是控制围岩损伤、隧道成型、形成光面的关键，国内外专家学者针对周边孔光面爆破做了大量的实验与理论研究，为光面爆破的应用和推广奠定了雄厚的理论基础。

随着隧道埋深的不断增加，高地应力环境对于传统光面爆破施工质量与效率的影响愈加突显，然而，爆破过程中出现的超欠挖严重、成型效果差等现象，表明目前已建立的光面爆破理论只适用于浅埋隧道的开挖与成型。炸药存在危险性高、可控性差以及其使用受到严格管控等问题，使得大部分高校及科研机构无法使用相似材料进行室内爆破类实验研究。现场原位实验重复性低、成本高、安全性差且数据难以统计分析等问题也随着深度增加愈加突显。金属丝电爆炸作为一种新型、安全、绿色的爆破技术，被用于材料制备、资源勘探、能源开发等诸多领域，金属丝在高压脉冲电流作用下瞬间相变为高温等离子体可产生GPa量级冲击波，是目前模拟炸药爆炸破岩产生的冲击载荷的有效方法。

因此，提供一种解决上述问题的金属丝电爆炸技术模拟炸药爆破以实现深埋隧道周边孔爆破破岩实验研究的装置及方法，是本领域研究人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了基于金属丝电爆炸的深埋隧道周边孔爆破实验装置及方法，可实现不同动静载荷耦合条件下多种隧道模型的爆破实验，解决目前深部隧道周边孔爆破室内实验难以开展的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于金属丝电爆炸的深埋隧道周边孔爆破实验装置，包括：绝缘棒、正电极、负电极、金属丝、模具及底座，所述模具的内部设有空腔，所述模具空腔的底部设有底座，所述底座上可拆卸的连接有第一模型和第二模型，所述第一模型设置在第二模型上，所述绝缘棒的一端设置在所述底座上，所述绝缘棒的一侧设有正电极，所述绝缘棒的另一侧设有负电极，所述正电极和所述负电极的上端伸出所述模具用于与外部电源相连接，所述正电极和所述负电极的下端在所述模具内部分别连接所述金属丝的两端，所述金属丝设置在所述模具的内部。

作为优选地，所述底座上开设有连接孔，所述第一模型和所述第二模型上开设有与连接孔对接的对接孔，所述第一模型的连接孔和所述第二模型的对接孔内贯穿连接有螺栓，所述底座的底部开设有连接槽，连接槽内设置有穿过连接孔和对接孔的螺栓与可拆卸连接的螺帽。

作为优选地，所述第一模型与所述第二模型可依据工程实际设定为圆形或者马蹄形断面的隧道模型。

作为优选地，所述底座上开设有贯穿上下面的气孔，所述第一模型和所述第二模型上开设有与气孔对接的联通孔。