本发明涉及爆破，尤其涉及异形炮孔聚能定向爆破破岩数值分析与成孔方法。
背景技术：
1、隧道光面爆破是隧道开挖掘进的重要技术之一，其技术水平决定了爆破后是否超欠挖，隧道开挖轮廓线是否符合设计要求，以及能否控制喷射混凝土的消耗量。在混凝土成本显著增大的趋势下，提高光面爆破效果降低混凝土喷射量是控制建造成本的关键。
2、传统的光面爆破孔均为圆形，炸药起爆后能量的传递使周围岩体发生破坏，在炮孔周边发生爆破破坏的几率是相近的，这也导致了不该发生破坏的围岩发生破坏，而该发生破坏的围岩没有发生理想的破坏，直接影响是对围岩的扰动大，超挖严重。
3、现有诸多的学者对切槽孔产生的裂纹与切槽孔产生的应力之间的关系进行了研究。学者们基于断裂力学理论，提出了爆破中满足断裂控制的基本标准及岩石断裂控制方式，验证了切槽爆破的裂纹扩展符合断裂控制的基本原则，同时发现裂纹长度越长，其应力强度因子值越大尽管试验和理论有了一定的发展，但切槽工序复杂，钻孔效率低因此隧道钻爆法施工中应用较少，亟需新的技术和理论。因此，需要设计一种异形炮孔聚能定向爆破破岩数值分析与成孔方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供异形炮孔聚能定向爆破破岩数值分析与成孔方法，解决现有异形炮孔施工切槽工序复杂，钻孔效率低的技术问题。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、异形炮孔聚能定向爆破破岩数值分析与成孔方法，所述方法包括如下步骤：
4、步骤1：对异形炮孔聚能定向破岩机理进行分析；
5、步骤2：进行异形炮孔爆破数值模拟；
6、步骤3：进行异形炮孔钻切一体化成孔设计。
7、进一步地，步骤1的具体过程为：
8、爆破是一个瞬间过程，能量从单一或多种的传递形式作用在周围岩体上，在此过程中常伴随着力学效应，爆破作用在岩体上的主要两种形式为：爆轰冲击波和爆轰压力，异形炮孔的裂纹的发展受两方面影响：一方面，冲击波在传递过程中由于异形光爆孔的导向作用将尖端处的应力波进行了叠加，#1波与#2波的波速大小相同，两波的交界处出现在异形光爆孔尖端前方，因此，当爆炸产生的冲击波从异形光爆孔传播到岩石中，异形光爆孔尖端岩石受应力波的影响，#1、2应力波在x方向为同向叠加，在y方向上为反向叠加，等同于在y方向作用力为拉力，所以在异形光爆孔尖端前方出现一个叠加拉伸区，当该处的动态抗拉强度小于应力波的应力时，岩石从y方向拉伸破坏，导致裂纹从异形光爆孔尖端前方起裂；
9、另一方面，爆炸后的冲击波接触到岩石后转为应力波，随着应力波的传播，应力波的大小随时间和距离在逐渐减弱，未达到岩石的动态抗拉强度时，裂纹的延伸就将中止，从而出现一段直接断裂区，随着应力波的继续传播，随无法造成岩石的直接断裂，大小却能对岩石造成相应的损伤破坏，不断的沿着异形光爆孔尖端的方向发生破坏，从而产生相应的定向损伤区，导致爆轰气体的压力作用在定向损伤区域。
10、进一步地，步骤1中，
11、异形炮孔裂缝范围rb的计算方式具体如下：
12、rb＝(ψp2/σt)1/αrb
13、式中：ψ为岩石的侧向应力系数，p2为应力波压力值，
14、σt为岩石的抗拉强度，α为应力波衰减系数α＝2-μ/(1-μ)，μ为岩石泊松比，rb为炮孔半径。
15、进一步地，步骤2的具体过程为：
16、利用ansys/ls-dyna研究异形孔定向爆破的聚能导向作用，简化模型大小，能细化孔壁周围岩石单元，建立相应数值计算模型，异形光爆孔模型径向截面图径向截面尺寸为3.6m×3.6m，炮孔直径为4.4cm，模型轴向尺寸为3.6m×1m，堵塞土、炸药、水包、炸药、岩石轴向厚度分别为20cm；
17、截取异形光爆孔爆破模型结果10、40、80、120us的压应力云图进行分析，在10us时，炸药开始引爆，炸药产生的冲击波均匀作用在孔壁上，孔壁周围应力大小在2.1gpa-3.7gpa区间，在40us时，没有出现应力分层现象，爆轰压力和应力波共同作用，应力值从0.32gpa-0.45gpa衰减到0.2gpa-0.36gpa，在80us时，孔壁周围波形成蝴蝶形，异形光爆孔尖端处和其他位置处的应力不等现象，差值最大为44mpa，导致异形光爆孔尖端岩石出现相对位移，进而发生岩石定向的拉伸破坏，同时初始应力波快要到达边界区域，在120us时，异形光爆孔处出现应力集中的现象，随着应力波的传递，压缩波和稀疏波间隔分布的现象。
18、进一步地，步骤3的具体过程为：
19、在气腿凿岩机钻孔过程同时实现钻孔和切槽，避免二次刻槽的耗费时间，缩短钻孔时间，异性切槽炮孔的钻切增大了周边眼的数量，利用切槽口相对方向可使周边眼的爆破轮廓线更符合设计，在成孔过程中可实现钻孔切槽一次成型，既减少了周边眼数量，又增加了钻爆效率。
20、本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
21、本发明基于理论和数值分析软件ls-dyna分析了异形孔爆破原理。利用切槽口聚能导向作用使周边眼间形成连线，成孔过程中实现了钻孔和切槽一体化，该技术可增加周边眼间距，降低周边眼数量，提升钻爆效率和光爆效果，改善超挖问题。克服了二次刻槽的耗费时间的问题，缩短了钻孔时间。异性切槽炮孔的钻切技术增大了周边眼的数量，显著降低钻孔时间，提升效率，试验对比了采用异形炮孔的定向聚能爆破效果与常规圆形炮孔的光爆效果，可以看出异性切槽孔光爆技术可以降低超挖50％左右，具有较好的应用效果。
1.异形炮孔聚能定向爆破破岩数值分析与成孔方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的异形炮孔聚能定向爆破破岩数值分析与成孔方法，其特征在于：步骤1的具体过程为：
3.根据权利要求1所述的异形炮孔聚能定向爆破破岩数值分析与成孔方法，其特征在于：步骤1中，
4.根据权利要求1所述的异形炮孔聚能定向爆破破岩数值分析与成孔方法，其特征在于：步骤2的具体过程为：
5.根据权利要求1所述的异形炮孔聚能定向爆破破岩数值分析与成孔方法，其特征在于：步骤3的具体过程为：
