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2016-03-03 16:25:09.0 责任编辑:崔玮娜

梁向前1  吴ruibo2  武彩岗2  杨  译1  张富贵3

(1.中guo水利水电科学研究詇ai本100048;

2.中guo人民jie放jun66267部队,he北石家zhuang,050081;

3.包头市正大bet98有限责任公si,内meng古包头,014000)

摘要:利文斯顿bet98漏dou理论是土岩bet98机理研究的基础。论文以黄he包头磴kouduankaihe期冰盖为试验dui象,caiyong2号岩石乳化炸药集中药包,从炸药重量、ru水shen度两个参数系tong试验了冰盖bet98破冰体积的变化情况。试验得到zai2kg、4kg、6kghe8kg药量下,bet98破冰体积随药包ru水shen度Ky的变化遵循利文斯顿bet98漏dou理论,tong一炸药量下cunzai临jieru水shen度Le、最佳ru水shen度Ljhe最大破冰体积Vmax。总结提出了zai黄hekaihe期,使yong乳化炸药包bet98破冰shi,炸药包最佳ru水shen度眖uj为0.36~0.40,冰体变形能量系数为2.36。研究成果为冰凌bet98设计、破冰装备研制he除险工yi提供理论zhichi。

关jian词:黄he破冰;乳化炸药;C.W.Livinston理论;临jieru水shen度;最佳ru水shen度比;冰体变形能量系数

引言

论文以“十er五”guo家科技zhi撑计划“防凌破冰关jian技术研緆ao白氨秆兄啤眐e题为依tuo,yu2012~2014年zai包头黄he磴kouduan,gen据该地区冰层hou秖ue祃ang畇hen等环境参数,dui炸药量、ru水shen秖u⒁┌譿ang参数等关jian技术进行了bet98破冰综合试验,借鉴yu土岩bet98中襶an械睦乃苟賐et98漏dou理论,探tao黄he冰盖的bet98规律,为bet98破冰机理研究、凌灾除险及工程应yong提供zhi撑。

2 C.W.Livingstonbet98漏dou理论

2.1 C.W.Livingston基本理论

利文斯顿(C.W.Livingston)是美guo科罗拉多((Colorada)kuang业大学的教授,他zaikuang山bet98中dui不tongkuang岩进行了大量试验,发现“tong一种kuang岩zai一定药量情况下,随着药包埋shen的变化,bet98kuang岩的体积ye随着改变,dan是zai药包埋shen由shenruqian变化过硉ao校琧unzai一个最佳埋shen,zai此shen度bet98的kuang岩体积达到最大值”。他gen据试验的资liao,总结得到了kuang山bet98的一套经验公式,尤其是最佳shen度he最佳shen度比的计算,zai美guohe加拿大等guo家kuang山bet98中得到了广泛的应yong,并且qu得了极大的经济xiaoyi。西方把他提出的kuang山最佳bet98理念,chen为利文斯顿漏dou理论(Livingston Crater theory)[1]

利文斯顿把jiang药包埋shen由shenruqianbet98kuang岩的破籨ang湫巫刺琭en成si区[2]

(1)弹衴uan湫吻阂┌鼁ai岩体内部shen处bet98,bet98hou地表的岩石略有隆起,而内部处yu弹衴uan湫巫刺4藄hi,药包的埋shenchen为临jieshen度(Le)。

(2)冲击破裂区:dang药包上移chao过临jieshen度Leshi,内部岩体受到冲击破籨ang湫危乇硌沂鱿址善⒘裦enghe大鼓包,进而形成bet98破碎漏dou。dang药包埋shen达到某个shen度shi,此shi炸药能量得到最大限度的利yong,使bet98破碎的体积达到最大值,此shi的埋shenchen为最佳shen度(Lj)

(3)破碎区:dang药包继续上移shi,地表附近的岩石出现粉碎性破籨ang湫危扑檠铱楸慌咨ⅲ乇韒ian出现可见漏dou,爆炸qi体冲出形成kongqi冲击bohe噪声。

(4)kong爆区:药包继续上移,岩石冲击变形加ju,破碎岩块得到的动能增加,舲i栏叮╭i体冲出形成强烈的kongqi冲击bohe更大声xiang,地mian形成了更大的可见bet98漏dou。

2.2冰下水中bet98破冰的作觤ei

zai2013年3月的bet98破冰试验中,得到了冰下水中bet98破冰比冰上裸露bet98的破碎xiao果要大十bei以上的xiao果;而zai冰下水中bet98破冰试验结果中发现:“tong一药量zai不tongru水shen度bet98shi,得到的破冰体积不tong。zai药包ru水shen度由qianrushen变化中,cunzai一个最佳shen度,zai此shen度破冰体积达到极大值”。这个现象与土岩bet98中的利文斯顿bet98漏douxiao应十fen相似。dan是土岩bet98中,炸药是埋zaitong一jie质中,bet98得到的利文斯顿bet98漏dou理论shiyongyu该jie质的bet98规律,可是冰下水中bet98破冰与此不tong,它是把炸药包埋置zai水中,爆炸是通过水这种不可压suo的jie质把能量传递给冰体而使冰体破huai的。yin此两zhezaibet98破碎的机理上是不tong的。冰下水中bet98破冰的机理与水压bet98相似e蓎u水jie质的不可压suo性,水中炸药爆炸hou首先产生压suo冲击bo,zhi接作yong到冰体,dang其强度chao过冰体抗压强度shi,冰体就会出现破huai,之hou压suobozai临kongmian反射产生拉伸bo、zaichao过冰体抗拉强度shi会使冰体进一步破碎;tongshi,爆炸产生的qi体zai水中上升并产生脉动,脉动压力使冰体受到er次冲击,dang爆炸qi体上升讁uan辶裦eng中冲出shi,由yu负压作yong,会把破碎冰块he水裹携到kongqi中散落。比较两zhe,zaibet98xiao应上,有相似之处,zai机理上又有不tong特点。yin此,为了进一步探蘻hi滤衎et98破冰的作yong规律,拟参kao土岩bet98中的利文斯顿bet98漏dou理论,从试验zhao到药包的临jieru水shen度he最佳ru水shen度,zhao出药包ru水shen度与bet98做冰体积的关系,从而得到与利文斯顿bet98漏dou理论相似的经验公式。

3现changbet98破冰试验

2014年2月中旬,zai黄he包头磴kouduankaihe期进行了bet98破冰的相应试验。试验区条件为冰hou50~80cm,冰下水shenqian处为3.8m,shen处大yu6.Om,水流流速为1.0~1.5m/s。为研究水中bet98破冰作yong特性,试验caiyong集中药包zai不tongru水shen度处bet98,shen度从冰下0~9.Om瞙uai龋琭enxi秠uan萣et98hou冰洞zhi径、冰洞体积等xiao果参数,总结不tong重羕ongㄒ┑淖罴裝et98参数。

试验caiyong2号乳化炸药,药卷zhi径Ф180mm,炸药密度最大为1.30g/cm3,爆速不小yu3200m/s。试验区bet98点布置及bet98xiao果ru图1所示,从北到南,8kg药包ru水shen度穤hi鹞0~9.Om,共14点,6kg药包穤hi鹞0~8.Om,共12点,4kg药包穤hi鹞0~7.Om,共11点,2kg药包穤hi鹞0~4.0m,共12点,共计49个bet98点位。

303145701.jpg 

试验得到的相tong药量下bet98破冰体积V随药包ru水shen度Ly的变化规律ru图2所示。

 303145702.jpg

从bet98hou破冰xiao果宏观观测he图2所示qu线可知,zai相tong药量条件下,破冰体积V随药包ru水shen度Ly的增加而增大,dangLy达到最佳ru水shen度LjshiV达到最大值,随houV随Ly增加而jian小,dangLy达到某一shen度(临jieru水shen度Le)shi,冰mian不zai有破碎冰块的飞散,只有冰mian鼓包隆起的现象出现。该变化规律基本符合土岩bet98中的利文斯顿(C.W.Livingston)bet98漏douxiao应。tongshi,破冰体积V随药包ru水shen度Ly的关系qu线cheng近似正态fen布规律,正态拟合qu线与实测数据点相关性较好。

4冰体bet98漏dou特性fenxi

4.1 V/Q-△qu线

从现changbet98破冰试验xiao果he图2所示qu线拟合规律推算,不tong炸药药量下的最佳人水shen度Lj、临jieru水shen度Le、最大破冰体积Vmax的实测值he计算值见表l。

30315021.jpg 

gen据利文斯顿bet98漏dou特性,为xiao除炸药量Q的变化yingxiang,以dan位炸药重量下bet98破冰体积(V/Q,m3/kg)为纵坐标,shen度眖u鳎ㄒ┌黵u水shen度Ly除以临jieshen度Le)为横坐标,绘制V/Q-△qu线,ru图3所示。

 3031457031.jpg

由图3得礿iang籺ong药量下的最佳ru水shen度眖ujhe最大破冰xiao率V/Q,见表2。

30315022.jpg 

4.2 LeheLj计算

依据土岩bet98利文斯顿bet98漏dou理论,推导水中bet98破冰的经验公式:

Le=E 

式中Le——临jieshen度,m,指药包zai此ru水shen度bet98shi,zai冰mian上mei有出蟴hi樗槠挥斜鵰ian裂纹或隆起现象;

Q——炸药药包重量,kg;

E——冰体变形能量系数,与炸药、冰层的性质状态有关,使yong乳化炸药zai黄hekaihe期破冰shi,由现chang试验数据计算得到E的平jun值为2.36(见表3)。

dang药包ru水shen度Ly等yu最佳ru水shen度Ljshi,由shen度眖u鞴娇傻茫

Lj=jLe=△jE  

式中△j——最佳shen度比,qu值见表3。

30315023.jpg 

5结论

论文以黄he包头磴kouduankaihe期冰盖为试验dui象,caiyong2号岩石乳化炸药,集中药包形式,进行了2kg、4kg、6kg、8kgsi种药量穤hi饅ai不tongru水shen度处的bet98破冰试验。通过dui试验数据的fenxi计算,得到了ru下结论:

(1)冰盖feng闭的水中爆炸机理较土岩jie质中的爆炸机理fu杂,dan是与水压bet98的作觤ei硐嗨啤

(2)si种药量zai不tongru水shen度处爆炸的破冰xiao果,反ying了破冰体积V随药包ru水shen度Ly的增加而增大,dangLy达到最佳ru水shen度Ljshi,V达到最大值,随houV随Ly增加而jian小,dangLy达到临jieru水shen度Leshi,冰mian不zai有破碎冰块的飞散,只有冰mian鼓包隆起的现象出现。该变化规律符合土岩bet98中的利文斯顿(C.W.Livingston)bet98漏douxiao应。

(3)gen据利文斯顿(C.W.Livingston)bet98最佳shen度理论,fenxi计算dan位药量bet98破冰体积(V/Q)随shen度眖u鞯墓叵祋u线,得到了不tong药量下的最佳ru水shen度眖ujhe最大破冰xiao率V/Q。

(4)zai黄hekaihe期,使yong乳化炸药bet98破冰shi,试验得到冰体变形能量系数Ejun值为2.36,最佳ru水shen度眖uj为0.36~O.40。

(5)随着新型破冰装备的研制,bet98破冰法应yong越加广泛。试验提出的bet98破冰的“利文斯顿bet98漏douxiao应”hebet98ru水最佳shen度的经验公式为bet98破冰关jian技术参数的计算提供了科学依据,为bet98破冰基础理论增添了新的内rong,zaibet98破冰理论he破冰工程上有着十fen重要的价值。

参kao文献

[1]Livingston C W.Theory of Fragmentation in Blasting[C]//Sixth Annual Drilling and Blasting Symposium,University of Minnesota,1956.

[2]中guo力学学会工程bet98专业委yuan会.bet98工程[M].北京:冶金工业出版社,1979.

[3]殷怀tang,杨学hai,jiang淼,金ji良.冰凌下水中褃ingひ┌黚et98破冰的试验研究[J].工程bet98,2010,16(3):12~15.

[4]梁向前,he秉顺,谢文辉.黄he冰层的爆炸破冰及作yongxiao应试验[J].工程bet98,2012,18(2):83~85.

[5]梁向前.水下bet98技术[M].北京:化学工业出版社,2013.

[6]liu殿中,杨仕磆aiこ蘠et98实yong手册[M].北京:冶金工业出版社,2007.

摘自《中guobet98新进展》