巖石爆破是利用炸藥的爆炸作用對巖石施加荷載，使巖石破壞的力學過程。在開礦、地鐵掘進、隧道工程、建筑物爆破拆除中有廣泛的應用。該類問題很難通過試驗進行測試，因此需要通過仿真獲得精確的結果。

本項目主要涉及如下關鍵技術：

1. 針對含節理的巖石模型，對模型建立及切分進行了嚴格控制，以保證劃分高精度的網格。仿真基于的有限元方法，網格的精細及網格質量是影響仿真精度的關鍵因素；

2. 針對爆炸查看裂紋，總結了裂紋查看的幾種方式方法，如單元失效法、損傷var#4查看法等；

3. 針對爆炸分析，流固耦合的技巧方法非常重要，k文件的修改有較多技術要求；

4. 針對爆炸波的傳播，詳細講解了k文件中如何添加關鍵字輸出流固耦合作用力，如何通過添加關鍵字輸出可移動示蹤粒子的軌跡（如看炸藥物質的邊界達到的位置坐標曲線），以及固定位置示蹤粒子的定義方法等。

圖1 巖石及節理模型

1）模型：首先在workbench下建立巖石、節理、空氣及炸藥的幾何模型，并對模型進行詳細切分，切分后的效果如下圖所示：

圖2 空氣及炸藥模型切分

2）網格：利用Ansys APDL進行前處理，劃分網格，網格如下圖所示，該項目主要研究巖石裂紋擴展情況，因此需要采用非常小的網格，基于單元失效法進行模擬，網格總數130多萬。

3）單元：空氣、炸藥單元采用euler算法，巖石及節理采用lagrange算法，其中流體采用1e6沙漏系數，對應關鍵字如下：

4）材料：空氣、乳化炸藥、節理及巖石*MAT_NULL、*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN、*MAT_PLASTIC_KINEMATIC及*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE本構。詳細材料本構及狀態方程關鍵字參數如下：

5）流固耦合：流體（空氣與炸藥）與固體（巖石及節理）之間采用流固耦合定義相互作用關系。流體定義多物質組，流固耦合關鍵字如下（其中part1為巖石，part2為節理，part3為空氣，part4為炸藥）：

6）求解時間600us。

采用6核cpu和2G內存進行求解，需要7小時左右。

下圖顯示了巖石在乳化炸藥爆炸作用下的裂紋擴展過程。

結果顯示，在3500m/s爆速的乳化炸藥作用下，巖石裂紋擴展較好，可以較準確的模擬實際情況，對工程爆破具有極大的參考意義。

本文建立了含節理的巖石爆炸模型，仿真分析了3500m/s乳化炸藥在不偶和裝藥爆炸作用下含節理的巖石的裂紋擴展效果，獲得了巖石的裂紋分布情況。由于計算量較大，沒有分析無節理情況下裂紋擴展情況進行對比。