1.一种围岩爆破损伤裂隙范围预测方法,其特征在于,包括:获取工况参数,工况参数包括炸药参数、围岩参数和装药参数;构建围岩爆破损伤裂隙范围预测模型,得到围岩破坏分区裂隙范围关系式:其中:R *m 表示粉碎区的最大半径,R Ⅰ 表示破裂Ⅰ区的外边界范围,R Ⅱ 表示破裂Ⅱ区的外边界范围,r b 表示炮孔半径,a m 表示空腔膨胀的最大半径, 表示常量,σ s 表示多向应力条件下的岩体动态抗压强度,σ c 表示围岩单轴抗压强度,c t 表示统一粘聚力, 表示统一内摩擦角,σ td 表示围岩的动态抗拉强度,σ 0 表示围岩的初始地应力,D 0 表示围岩的初始损伤因子;基于工况参数和围岩破坏分区裂隙范围关系式得到围岩爆破损伤裂隙范围。
2.根据权利要求1所述的围岩爆破损伤裂隙范围预测方法,其特征在于,炸药参数包括炸药密度ρ 0 、炸药爆速D e 、膨胀热指数γ 0 、爆炸产物膨胀碰撞炮孔壁的压力增大系数n、绝热指数γ 1 、绝热指数γ 2 和临界爆腔压力p k ;围岩参数包括围岩的初始地应力σ 0 、围岩密度ρ、围岩纵波速度C p 、中主应力系数B、围岩的动态抗拉强度σ td 、围岩的初始损伤因子D 0 、围岩的单轴抗压强度σ c 、粘聚力c、内摩擦角 岩石泊松比μ、弹性模量E和围岩剪胀角ψ;装药参数包括炮孔半径r b 、炮孔装药不耦合系数U和轴向装药系数l z 。
3.根据权利要求2所述的围岩爆破损伤裂隙范围预测方法,其特征在于,构建围岩爆破损伤裂隙范围预测模型包括以下步骤:第一步、应力方程的构建,具体包括:基于围岩爆破破坏分区特征、应力平衡微分方程、径向应力边界条件和统一强度理论得到弹性区的应力方程、破裂Ⅱ区的应力方程、破裂Ⅰ区的应力方程以及粉碎区的应力方程;第二步、径向位移方程的构建,具体包括:基于第一步中的径向应力方程、位移平衡微分方程和位移边界条件,采用非关联流动法则及剪胀角来描述塑性区围岩的剪胀特性,得到弹性区的径向位移方程、破裂Ⅱ区的径向位移方程、破裂Ⅰ区的径向位移方程以及粉碎区的径向位移方程;第三步、基于第一步中的径向应力方程和第二步中的径向位移方程,按照空腔壁面膨胀位移控制方程,结合炸药爆轰波C-J理论以及炮孔空腔膨胀的两阶段Jonse-Miller绝热方程,得到空腔膨胀最大半径与炮孔半径比值;第四步、基于第三步的空腔膨胀最大半径与炮孔半径比值,通过空腔壁面位移关系式、粉碎区与破裂Ⅰ区交界处径向应力的连续性条件和破裂Ⅱ区径向应力方程,得到围岩破坏分区裂隙范围关系式。
4.根据权利要求3所述的围岩爆破损伤裂隙范围预测方法,其特征在于,第一步中:弹性区的应力方程表示为:其中: 表示弹性区的径向应力, 表示弹性区环向应力,r表示计算点位置,σ Ⅱ 表示弹性区内边界即r=R Ⅱ 处的径向应力;破裂Ⅱ区的径向应力方程表示为:其中:破裂Ⅱ区的径向应力边界条件为 表示破裂Ⅱ区外边界即r=R Ⅱ 处的径向应力, 表示破裂Ⅰ区外边界即r=R Ⅰ 处的径向应力, 表示破裂Ⅱ区的径向应力;破裂Ⅰ区的应力方程表示为:其中:破裂Ⅰ区应力边界条件为r=R Ⅰ , B表示中主应力系数; 表示破裂Ⅰ区径向应力, 表示破裂Ⅰ区的环向应力;粉碎区的径向应力方程表示为:其中:粉碎区应力边界条件为 a表示空腔区外边界范围, 表示空腔区外边界即r=a处的径向应力, 表示粉碎区的径向应力,R * 表示粉碎区外边界范围。
5.根据权利要求4所述的围岩爆破损伤裂隙范围预测方法,其特征在于,第二步中:弹性区的径向位移方程表示为:其中:弹性区的径向应力位移关系式为 表示弹性区的径向位移,w表示轴向位移,z表示计算点轴向位置,E表示岩石弹性模量;破裂Ⅱ区的径向位移方程表示为:其中:破裂Ⅱ区位移边界条件为 表示破裂Ⅱ区外边界即r=R Ⅱ 处的径向位移;径向应力关系式为σ c R Ⅰ =[σ td (1-D 0 )+2σ 0 ]R Ⅱ ; 表示破裂Ⅱ区的径向位移;破裂Ⅰ区的径向位移方程表示为:其中: 表示破裂Ⅰ区的径向位移;A 0 、A 1 、A 2 、A 3 、A 4 、A 5 表示常量,A 0 、A 1 、A 2 、A 3 、A 4 、A 5 分别表示为:粉碎区的径向位移方程表示为:其中: 表示粉碎区的径向位移;η表示比例系数;R * 表示粉碎区外边界范围。
6.根据权利要求5所述的围岩爆破损伤裂隙范围预测方法,其特征在于,破裂Ⅰ区的径向位移方程获得过程如下:破裂Ⅰ区采用非关联流动法则及剪胀角描述围岩剪胀特性的方程为:其中: 表示径向塑性应变, 表示环向塑性应变;径向应变分量和环向应变分量满足:其中:ε r 表示径向总应变,ε θ 表示环向总应变, 表示径向弹性应变, 表示环向弹性应变;弹性应变用胡克定律表示如下:进而求得径向位移关系式为:位移边界条件为: 其中 表示破裂Ⅰ区外边界即r=R Ⅰ 处的径向位移;获得破裂Ⅰ区的径向位移方程。
7.根据权利要求6所述的围岩爆破损伤裂隙范围预测方法,其特征在于,所述第三步具体包括:将r=a代入第二步所得粉碎区的径向位移方程,得到空腔壁面膨胀位移控制方程为:当空腔膨胀区域达到最大即a m 时,有粉碎区域为R *m ,表示为:其中:a m 表示空腔膨胀最大半径;炸药爆轰波C-J理论所得炮孔壁初始冲击压力为:其中:p表示冲击波压力;炮孔空腔膨胀的两阶段Jonse-Miller绝热方程为:其中:r k 为临界爆腔压力p k 对应的临界爆腔半径: p m 表示空腔膨胀达到最大时孔壁上的压力;空腔膨胀区域最大时,基于第一步所得粉碎区的径向应力方程得壁面上计算点的径向应力为:其中: 表示空腔区外边界即r=a m 处的径向应力;得到求解空腔膨胀最大半径与炮孔半径比值(a m /r b )的方程式:
8.根据权利要求7所述的围岩爆破损伤裂隙范围预测方法,其特征在于,所述第四步具体包括:基于第三步所得空腔膨胀最大半径与炮孔半径比值,确定粉碎区最大半径与空腔膨胀最大半径关系为:粉碎区与破裂Ⅰ区交界处径向应力的连续性条件为:结合破裂Ⅱ区的径向应力方程得到围岩破坏分区裂隙范围的关系式。
9.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序适用于由处理器加载并执行权利要求1-8任何一项所述围岩爆破损伤裂隙范围预测方法。
10.一种设备,其特征在于,所述设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,运行权利要求1-8任何一项所述围岩爆破损伤裂隙范围预测方法。