基于能量的混合模式曲裂缝路径模型，用于隧道周边爆破中的空孔与爆破孔间距分析

《Applied Sciences》：An Energy-Based Mixed-Mode Curved Crack Path Model for Empty Hole–Blasthole Spacing in Tunnel Peripheral Blasting

　　

摘要

边缘的空洞可以改变爆破产生的破坏方向，并有助于改善隧道轮廓的形成，但弯曲裂纹扩展与工程钻孔间距之间的定量关系尚未得到充分研究。通过分析方法，构建了一个结合了混合模式线性弹性断裂力学（LEFM）和能量平衡的等效弯曲裂纹路径模型，该模型得出空洞与相邻爆破孔之间的最佳中心间距约为302毫米。以青岛市地铁5号线changle路站A入口处的一个略受风化影响的花岗岩隧道为例，该隧道共有42个爆破孔和空洞。研究人员使用二维LS-DYNA软件模拟了空洞间距分别为450毫米、600毫米和750毫米的情形。在所有测试案例中，600毫米的间距（即每个空洞与其相邻爆破孔之间的中心间距为300毫米）在裂纹扩展路径连通性、隧道轮廓形成以及周围岩石损伤控制方面表现最佳。数值模拟结果显示，隧道顶部的峰值应力从29.05 MPa降至20.70 MPa，相对基准值降低了28.7%。在同一地点进行的实际爆破作业也证实，这种间距设置能够使得挖掘轮廓更加连续和规则，且明显减少松散或局部剥落的区域。综上所述，这些结果为在相似地质条件、几何形状和爆破参数下进行间距评估提供了有力依据。