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申请/专利权人：东华理工大学

摘要：本发明公开了一种基于现场取样的注浆体爆破损伤特性试验方法，属于岩土工程爆破技术领域，步骤Step1.选定取样位置进行单独注浆；步骤Step2.对注浆结石体进行现场取样；步骤Step3.对试样进行打磨和筛选；步骤Step4.对试样进行单轴压缩试验；步骤Step5.开展SHPB单次冲击试验；步骤Step6.获取SHPB循环冲击实验冲击速度；步骤Step7.进行SHPB循环冲击试验数值模拟；通过本方法解决了注浆体爆破损伤特征试验研究中受到人为制样及人为荷载设定的制约与不足，提高了试样成分及试验荷载与实际工程的一致度，使最终得到的注浆体爆破损伤特征更加接近于实际工程情况，具有试验结果的真实性、可靠性及工程应用性高的特点。

主权项：1.一种基于现场取样的注浆体爆破损伤特性试验方法，其特征在于：包括步骤1.在隧道爆破施工掌子面附近选定取样位置，进行单独注浆；步骤2.在受到目标次数的爆破施工荷载作用后，对注浆结石体进行现场取样；步骤3.对试样进行打磨和筛选；步骤4.对试样进行单轴压缩试验；步骤5.开展SHPB单次冲击试验，观察试样状态，并记录、分析参数；步骤6.基于数值模拟，获取SHPB循环冲击实验的冲击速度；步骤7.进行SHPB循环冲击试验数值模拟，观察其状态，并记录、分析参数；步骤4所述的对试样进行单轴压缩试验的过程包括步骤41.借助单轴抗压试验，获取材料的基本参数；步骤42.每次单轴抗压试验完成后，对试件进行重建成样，分析爆破荷载作用下注浆结石体的静力压缩宏观破坏模式；步骤5所述的开展SHPB单次冲击试验，观察试样状态，并记录、分析参数的过程包括步骤51.每次动态冲击完成后，获取注浆结石体的应力-轴向应变曲线；步骤52.每次动态冲击完成后，对试件碎块进行收集并分类称重，收集记录对应的岩浆质量比例；步骤53.全部动态冲击完成后，根据所记录的岩浆质量比例，将爆破振动前岩浆比例划分为数个范围，用以表征注浆量与原岩的相对比例；步骤54.基于步骤53中设定的数个岩浆比例范围，分别整理注浆结石体受振后的应力-轴向应变曲线；步骤55.每次动态冲击完成后，对破坏后的结石体试件碎块进行筛选分类，得到不同岩浆比例下碎块筛分质量分数和平均粒径；以平均粒径ds为探讨对象，基于步骤53中设定的数个岩浆比例范围，分析爆破振动荷载大小、爆破荷载作用次数因素影响下冲击试验后注浆结石体的破坏损伤程度；其中，平均粒径ds的计算公式为： 式中：ds为注浆结石体平均粒径；di为不同孔径下注浆结石体粒径尺寸；ri为粒径尺寸为时对应的粒径分数；步骤6所述的基于数值模拟，获取SHPB循环冲击实验的冲击速度的过程包括步骤61.根据工程背景资料，利用动力有限元数值模拟软件建立隧道爆破开挖三维数值模型；步骤62.校验后，进行隧道爆破开挖数值模拟，在模型中找到现场实际取样的位置，获取并确认实际采样位置振动合速度范围值，并以此作为注浆结石体SHPB循环冲击实验的冲击速度可取范围；步骤7所述的进行SHPB循环冲击试验数值模拟的过程包括步骤71.建立SHPB单次冲击试验数值模拟模型；基于有限元软件ANSYSLS-DYNA，对步骤5中的SHPB单次冲击试验进行几何建模与网格划分；几何模型中，将上述试件部分划分为试件、子弹、入射杆与透射杆四个PART；其中，子弹、霍普金森压杆及试件均采用Solide164三维实体单元模拟，模拟采用的单位制为g-cm-μs；步骤72.选择材料本构模型及材料参数；SHPB压杆中的子弹、入射杆和透射杆均选用*MAT_ELASTIC模型；注浆结石体选用HJC模型，以更为准确地模拟材料在高应变率及大变形情况下的动态力学破坏行为；结石体材料的基本参数泊松比ρ、抗压强度fc通过步骤4中的静力学实验得到，弹性模量E通过应力-应变曲线计算得出，其余HJC模型所需参数可结合SHPB所得的试验数据推导得到；步骤73.接触设置及边界条件；注浆结石体SHPB试验数值模拟的接触设置为：子弹与钢垫片间、钢垫片与入射杆间的接触设置为自动面面接触STS；试件与入射杆、透射杆间接触设置为侵蚀面面接触ESTS；边界条件：通过关键字*BOUNDARY_SPC_SET，在透射杆末端设置关于z方向的位移约束，位移设置为0；通过关键字*BOUNDARY_NON_REFLECTING，在透射杆末端设置无反射边界；步骤74.SHPB单次冲击试验数值模拟校验；1基于建立单子弹撞击入射杆模型，进行数值模拟；2获取数值模拟所得的单次加载的应变-时间曲线，分析判断入射杆的模拟应变幅值ε2t及波形持续时间T2与应力波基础理论计算数值εIt、T0相符；3如相符，说明数值模拟基础理论正确，可用于复杂的前后子弹发射系统及其入射杆、试件与透射杆的建模；其中，入射杆的应变幅值理论计算公式为： 式中：εIt为入射杆的应变幅值；ρ为入射杆的密度；C为入射杆的纵波波速；V*为子弹撞击速度；E为杆件的弹性模量值；入射杆的波形持续时间理论计算公式为： 式中：T0为波形持续时间；L0为子弹长度；C为入射杆的纵波波速。步骤75.建立SHPB多次循环冲击试验数值模型；在上一步骤74的校验验证的基础上，通过ANSYSLS-DYNA软件自带的小型重启动功能，对步骤71中建立的SHPB单次冲击试验数值模拟的k文件做轻微变化，重新设定某些控制参数，其命令格式为“EDSTART，2…d3dumpnm”；通过此命令，实现子弹与入射杆多次撞击的效果；步骤76.SHPB多次循环冲击试验数值模型校验；对模型进行单次冲击模拟，将模拟所得的应力波原始波形与步骤5中的SHPB单次冲击试验实测结果进行对比分析，以验证本SHPB循环冲击实验数值模拟具备可行性；步骤77.SHPB多次循环冲击试验数值模拟；通过步骤Step6所获得的爆破振动速度范围来实现注浆结石体霍普金森压杆循环冲击试验数值模拟，在不改变单次冲击模型参数的情况下，采用软件自带的小型重启动功能实现此次实验数值模拟，收集整理循环冲击数值模拟应力波原始波形，分析循环冲击应力-应变特性、试样应力损伤特性。

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