1.一种基于二维‑三维协同的爆破动力响应模拟方法,其特征在于,包括:基于现场各段别炮孔爆破参数和装药结构,建立二维平面应变模型;
设置二维平面应变模型的边界条件;设置二维平面应变模型中炸药和空气参数及状态方程、围岩的本构模型和物理力学参数;
对二维平面应变模型进行求解,得到各段别炮孔的爆炸压力荷载曲线;
基于圣维南原理利用实际工程形状、尺寸和研究区域围岩类别,建立三维真实尺度模型;
设置三维真实尺度模型的边界条件;设置三维真实尺度模型中围岩、初期支护和二次衬砌的本构模型和物理力学参数;
将各段别炮孔的爆炸荷载压力曲线分别施加至对应的三维真实尺度模型各段别炮孔;
求解施加爆炸荷载压力曲线的三维真实尺度模型得到三维真实尺度模型二次衬砌的振动波形,利用二次衬砌的振动波形验证三维真实尺度模型及选取参数的可靠性,根据三维真实尺度模型分析爆破动力响应。
2.根据权利要求1所述的基于二维‑三维协同的爆破动力响应模拟方法,其特征在于,还包括:对二维平面应变模型进行求解时,直至各段别炮孔的爆炸荷载压力曲线的荷载峰值符合理论和经验公式、且三维真实尺度模型二次衬砌的振动波形与现场监测振动数据吻合,得到各段别炮孔的爆炸压力荷载曲线;否则重复设置二维平面应变模型中炸药和空气参数及状态方程、围岩的本构模型和物理力学参数,对二维平面应变模型进行求解。
3.根据权利要求2所述基于二维‑三维协同的爆破动力响应模拟方法,其特征在于,当炮孔的爆炸荷载压力曲线的荷载峰值与理论计算值的相对误差小于10%时,判定炮孔的爆炸荷载压力曲线的荷载峰值符合理论和经验公式;
其中,耦合装药时,炮孔的爆炸荷载压力理论计算公式为:
不耦合装药时,炮孔的爆炸荷载压力理论计算公式为:
式中,P0为炮孔的爆炸荷载压力,ρ为炸药密度;D为炸药爆轰速度;λ为不耦合系数;当孔内压力大于炸药临界压力时,γ=3.0,当孔内压力小于炸药临界压力时,
4.根据权利要求1所述的基于二维‑三维协同的爆破动力响应模拟方法,其特征在于,所述将各段别炮孔的爆炸荷载压力曲线分别施加至对应的三维真实尺度模型各段别炮孔的步骤包括:根据现场爆破雷管段别分别建立part,将不同段别的爆炸荷载压力时程曲线按照起爆时间依次施加至对应的part。
5.根据权利要求1所述的基于二维‑三维协同的爆破动力响应模拟方法,其特征在于,还包括:对三维真实尺度模型进行求解时,得到三维数值模型二次衬砌的振动波形,直至三维真实尺度模型二次衬砌的振动波形与现场监测振动数据吻合;否则重新设置三维真实尺度模型中围岩、初期支护和二次衬砌的本构模型和物理力学参数,将各段别炮孔的爆炸荷载压力曲线分别施加至对应的三维真实尺度模型各段别炮孔,对三维真实尺度模型进行求解时。
6.根据权利要求1所述的基于二维‑三维协同的爆破动力响应模拟方法,其特征在于,利用ANSYS/LS‑DYNA、AUTODYNA和ABAQUS中任一个软件建立二维平面应变模型;
利用ANSYS/LS‑DYNA、AUTODYNA或ABAQUS中任一个软件建立三维真实尺度模型。
7.根据权利要求1所述的基于二维‑三维协同的爆破动力响应模拟方法,其特征在于,所述二维平面应变模型为边长5m的正方形模型,对二维平面应变模型划分得到多个尺寸在
10mm以内的网格。
8.根据权利要求1所述的基于二维‑三维协同的爆破动力响应模拟方法,其特征在于,依据现场情况对二维平面应变模型施加非反射边界条件;
依据现场隧道实际埋深情况对三维真实尺度模型施加边界条件。
9.根据权利要求1所述的基于二维‑三维协同的爆破动力响应模拟方法,其特征在于,所述研究区域为包含隧道且大于等于隧道直径3倍的区域。