Este estudio presenta un nuevo método para analizar fracturas de rocas induciendo daño aleatorio a través de precompresión, en lugar de utilizar modelos de grietas prefabricados tradicionales. El método implica la aplicación de precompresión estática cíclica de múltiples niveles para simular la distribución aleatoria del daño, combinada con imágenes de tomografía computarizada (TC) de alta resolución para la visualización tridimensional no destructiva de grietas internas. Un modelo teórico que predice la propagación de grietas inducidas por explosiones en arenisca dañada se valida a través de experimentos de laboratorio, tomografía computarizada y simulaciones numéricas, mostrando un margen de error de predicción inferior al 5%. Los hallazgos clave revelan una fuerte correlación positiva entre los niveles de daño de la arenisca y el rango de expansión de grietas inducidas por explosiones y dimensiones de cráteres. El estudio destaca un mecanismo dual de “fracturación sinérgica por debilitamiento”, donde la red de grietas preexistente en rocas dañadas guía los efectos del acuñamiento de gas. Estos resultados ofrecen fundamentos teóricos y soporte técnico para optimizar los parámetros de voladura y mitigar los desastres dinámicos en la ingeniería de túneles en condiciones geológicas complejas.
Abstract
This study investigates the dynamic crack propagation mechanism in damaged rocks under blasting excavation in complex geological conditions. A novel rock fracture analysis method based on pre-compression-induced random damage is proposed, overcoming the limitations of traditional prefabricated crack models. Innovatively, multi-level cyclic static pre-compression is applied to simulate the random damage distribution in engineering-scale rocks, combined with high-resolution computed tomography (CT) imaging to achieve non-destructive 3D visualization of internal crack morphologies under explosive loading. A theoretical model for predicting blast-induced crack propagation radius in damaged sandstone is established and validated through integrated laboratory blast experiments, CT scanning, and PFC-2D numerical simulations, demonstrating a prediction error margin below 5%. Key findings reveal a significant positive correlation between sandstone damage levels and the expansion range of blast-induced cracks as well as crater dimensions. The pre-existing crack network in damaged rocks effectively guides gas wedging effects, unveiling a “weakening-synergistic fracturing” dual mechanism. These results provide theoretical foundations and technical support for optimizing blasting parameters and mitigating dynamic disasters in tunnel engineering under complex geological settings.
Fuente: https://www.sciencedirect.com
