一种基于3D打印节理岩石的爆破参数确定方法

技术特征：
1.一种基于3d打印节理岩石的爆破参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据地质调查获取现场围岩节理特征信息；步骤二、根据围岩节理特征信息，基于monte-carlo方法生成不同节理密度的立三维离散节理裂隙网络模型，并用三维建模软件得到含节理裂隙网络的节理裂隙岩石数字模型；步骤三、基于节理裂隙岩石数字模型，制作含不同节理密度的离散裂隙岩石；步骤四、开展shpb试验探究节理密度对离散裂隙岩石动态强度的影响规律，得到节理校正系数与节理密度的关系式；基于应力波传播理论和岩石应力波衰减规律确定距爆源r处的径向σ
r
和切向应力σ
θ
；步骤五、根据距爆源r处的切向应力情况，结合节理校正系数计算爆破裂隙区的半径，根据应力波和爆破气体共同作用理论确定炮眼间距。2.根据权利要求1所述的基于3d打印节理岩石的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤一中所述的围岩节理特征信息包括节理倾角、倾向、迹长和间距。3.根据权利要求2所述的基于3d打印节理岩石的爆破参数确定方法，其特征在于，所述的围岩节理特征信息的获取过程具体如下：s1.1、设通过掌子面地质素描划分优势节理组后得到两个优势节理组，记录所得到的两个优势节理组内所有围岩节理特征信息；s1.2、采用origin软件分别画出两个优势节理组内所有围岩节理特征信息的频率分布直方图和概率分布曲线，并基于该频率分布直方图和概率分布曲线得到其几何参数统计特征。4.根据权利要求3所述的基于3d打印节理岩石的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤二中所述的节理裂隙岩石数字模型的获得过程具体如下：s2.1、以步骤一中的节理几何参数统计特征为三维离散节理裂隙网络模型生成的依据，利用3dec软件中基于monte-carlo方法的dfn模型建立三维离散节理裂隙网络模型；s2.2、将生成的三维离散节理裂隙网络模型导出至rhino 6三维建模软件中，在rhino 6三维建模软件中生成岩石基体整体模型并将裂隙网络全部包含在内，再进行布尔运算；s2.3、将运算后的三维离散节理裂隙网络模型和岩石基体整体模型缩放至符合试验要求的大小，形成最终的节理裂隙岩石数字模型。5.根据权利要求4所述的基于3d打印节理岩石的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤三中所述含不同节理密度的离散裂隙岩石的制作过程具体如下：s3.1、将由步骤二中得到的节理裂隙岩石数字模型转化为stl格式并导入至3d打印机中，生成选取石膏粉作为打印材料且含随机节理裂隙的节理岩石；s3.2、将生成的节理岩石表面的残余粉末清除，并在45℃-60℃的干燥箱中通风干燥放置5-10天，使其充分固化成型，得到含不同节理密度的离散裂隙岩石。6.根据权利要求5所述的基于3d打印节理岩石的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤四中得到所述节理校正系数与节理密度的关系式的具体过程如下：采用节理岩石开展shpb劈裂试验，根据一维应力波传播理论，得到质点受力σ和质点速度v的关系为：σ＝ρcv其中，ρ为介质密度，c为介质中的一维纵波传播速度；
故，定义节理校正系数k为不同节理密度岩石动态抗拉强度σ
ti
与完整岩石动态抗拉强度σ
t0
的比值，则有：k＝σ
ti
/σ
t0
其中，节理校正系数k取值在0-1之间；定义节理密度jv为单位体积内节理的面积，通过试验结果和上式确定各节理密度下的k值，再拟合得到节理密度jv和节理校正系数k的连续变化曲线：其中，k0为节理的抗拉强度与完整岩石动态抗拉强度的比值，a1为应变率修正系数，s为节理组的间距。7.根据权利要求6所述的基于3d打印节理岩石的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤四中基于应力波传播理论和岩石应力波衰减规律计算距爆源r处的径向应力σ
r
和切向应力σ
θ
：σ
θ
＝bσ
r
其中：σ0为初始作用在孔壁上的应力，r0为炮孔半径，α为应力波衰减系数，b为岩体的侧压力系数。8.根据权利要求7所述的基于3d打印节理岩石的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤五中所述爆破裂隙区半径的计算过程具体如下：切向应力作用下岩体拉伸破坏满足σ
θ
≥σ
td
，σ
td
为岩体的动态抗拉强度，因此爆破破裂区半径r的计算为：其中，p0为炮孔壁的初始冲击应力；根据应力波和爆破气体共同作用的理论，爆破孔之间贯通裂纹的形成条件是：2r
b
p
b
＝(d
p-2r)kσ
td
故可求得炮眼间距为：d
p
＝2(r r
b
p
b
/kσ
td
)其中，d
p
为炮眼间距，r
b
为炮孔半径，p
b
为爆轰气体产生的平均压力。

技术总结
本发明提供了一种基于3D打印节理岩石的爆破参数确定方法，包括：根据地质调查获取现场围岩节理特征信息；根据围岩节理特征信息，基于Monte-Carlo方法生成不同节理密度的立三维离散节理裂隙网络模型，并用三维建模软件得到含节理裂隙网络的节理裂隙岩石数字模型；基于节理裂隙岩石数字模型，制作含不同节理密度的离散裂隙岩石；开展SHPB试验探究节理密度对离散裂隙岩石动态强度的影响规律，得到节理校正系数与节理密度的关系式；基于应力波传播理论和岩石应力波衰减规律确定距爆源r处的径向σ


技术研发人员：何艳春 李翱 周璞 吴沧桑 蒋悦 黄娟 雷明锋 贾朝军
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/7