Attenuation of rock blasting induced ground vibration in rock-soil interface

Blasting has been widely used in mining and construction industries for rock breaking.This paper presents the results of a series of field tests conducted to investigate the ground wave propagation through mixed geological media.The tests were conducted at a site in the northwestern part of Singapore composed of residual soil and granitic rock.The field test aims to provide measurement data to better understand the stress wave propagation in soil/rock and along their interface.Triaxial accelerometers were used for the free field vibration monitoring.The measured results are presented and discussed,and empirical formulae for predicting peak particle velocity (PPV) attenuation along the ground surface and in soil/rock were derived from the measured data.Also,the ground vibration attenuation across the soil-rock interface was carefully examined,and it was found that the PPV of ground vibration was decreased by 37.2% when it travels from rock to soil in the vertical direction.

激波管模拟产生近场爆炸冲击波

激波管可以在实验室环境下模拟爆炸产生冲击波,具有参数易于控制和测量手段准确多样等优势,在爆炸冲击效应的研究中被广泛应用。但与真实爆炸相比,尤其是近场爆炸,激波管产生的冲击波存在正压作用时间难以缩短、超压峰值难以提升的困难。通过对激波管运行理论和数值模拟分析发现:缩短正压作用时间的关键是让反射稀疏波尽快追上入射激波;提升超压峰值的关键是提高驱动气体的驱动能力。为此,设计了一种驱动段为锥形截面的激波管,使得反射稀疏波更快地追上入射激波,从而有效减小激波管设备长度并缩短正压作用时间;同时,采用正向爆轰驱动技术,利用化学能代替高压空气驱动提高驱动气体声速,在低爆轰初始压力下可以获得高的超压峰值。数值计算结果表明,在入射激波马赫数(MS=2.0)相同条件下,相对于等截面驱动方式,采用锥形截面驱动方式时,激波管长度可以减少近2/3,正压作用时间可以缩短近1/2。激波管实验结果表明,锥形截面驱动激波管产生的超压曲线满足近场爆炸冲击波形要求,并获得了超压峰值为64.7~813.4 kPa、正压作用时间为1.7~4.8 ms的爆炸冲击波波形。该研究可为近场爆炸冲击波致伤及装备防护效应评价实验提供参考。

基于自由场爆炸的猪鼓膜破裂规律实验研究

听觉系统各组成部分的机械损伤是爆炸后造成听力损失的主要原因,强脉冲声致听觉损害风险准则仍然存在许多争议,例如:指标选择冲量还是超压峰值,正压持续时间是否重要等。本研究基于自由场实爆条件,设计并搭建了大动物爆炸致伤平台,探究了不同爆炸参数对鼓膜破裂的影响规律,并建立了基于自由场超压峰值和正压持续时间的鼓膜创伤量效关系。通过笔形压力传感器测量自由场超压,通过Friedlander公式拟合超压时程曲线,确定冲击波超压峰值和正压持续时间,并对时域中记录的波形进行归一化能量频谱分析,以确定冲击波在频域上的信号能量分布。对爆炸后的小型猪进行解剖,记录不同爆炸参数下鼓膜创伤程度。以超压峰值和正压持续时间为自变量,对实验数据进行二元逻辑回归分析,并给出鼓膜破裂风险曲线。研究发现,当自由场超压峰值低于170 kPa时,鼓膜无明显损伤;当自由场超压峰值高于237 kPa时,部分鼓膜出现不同程度的破裂和充血。距爆心越近,超压峰值越大,但鼓膜创伤的严重程度并未随之单调增加。在8.0 kg TNT当量的爆炸实验中,鼓膜破裂的严重程度随爆心距的减小呈现先提高再降低的趋势。通过对冲击波载荷特征的分析可知,距爆心越近,正压持续时间越短,高频段能量占比相对更大,小型猪鼓膜破裂的概率可能反而降低,此时仍然出现显著的听力损失和耳蜗损伤。鼓膜作为通过振动传递声信号的黏弹性薄膜结构,其动力学响应可能与载荷频率成分密切相关。除了超压峰值,冲击波波形频谱分布对鼓膜破裂程度影响显著。

多相燃料空气炸药爆炸压力场研究

采用高速运动分析系统对固态燃料FAE(Fuel Air Explosive)分散、爆轰过程进行光学测量,用压电传感器等组成的压力测试系统对FAE爆炸压力场进行测量,对固态燃料FAE燃料分散、爆轰波及冲击波进行了研究。分析了气-固-液多相爆轰的特征和压力波形的特点,研究了其冲击波峰值超压及比冲量随传播距离变化的规律。在云雾区内,多相爆轰波压力波形具有多峰结构,爆炸波峰值超压及冲量为一恒定值;爆轰区外,爆轰波转变成爆炸冲击波,峰值压力和比冲量迅速衰减,得到了峰值超压、比冲量随传播距离的变化规律。

起爆方式对柱形炸药空爆冲击波场的影响

为研究起爆方式对柱形炸药爆炸能量输出的控制效应,运用AUTODYN软件对不同起爆方式作用下的炸药在空气中爆炸过程进行了模拟。通过对比分析参考位置的冲击波超压峰值,得到了起爆方式对爆炸冲击波场分布的影响规律。研究结果表明:比例距离小于5 m·kg-1/3时,起爆方式可改变爆炸冲击波场的局部分布形态,其在不同的方向和距离对冲击波超压影响存在差异;比例距离大于5 m·kg-1/3时,起爆方式对冲击波场分布基本无影响;柱形炸药长径比一定的条件下,同一起爆方式作用下的爆炸相似律仍然成立。

岩体爆破地震波衰减规律的现场试验与分析

通过6次现场岩体爆破试验,测量出与爆源不等距离处的36组地震波形。通过统计与频域分析发现:爆破地震波在爆源近区的衰减比中、远区要大得多;用萨道夫斯基经验公式估算出的爆源近区质点振速远大于实际值;爆破地震波的传播具有不可逆性;岩石质点振动主频率与药量、距离成反变关系;地震波作用时间与爆破药量成正变关系,而与距离成反变关系。

束状孔爆破应力场的超动态应变试验研究

实验研究采用超动态应变系统,测定混凝土介质中束状孔及等效大孔爆破作用应力场。通过实测波形分析束状孔爆炸波特征,阐述了束状孔波形与经典爆破波形所具有的共性和个性特征,并对波形做出了合理的解释。

膨胀波火炮后喷冲击波流场数值模拟

为研究后喷冲击波流场特性,以确定其危险区域,针对膨胀波火炮排气方式以及后喷冲击波流场的复杂波系特性,建立了三维可压缩Navier-Stokes方程。采用一阶精度的迎风总差分变小格式及自适应网格技术,对某口径膛底排气膨胀波火炮的后喷冲击波流场进行了数值模拟,获得了后喷冲击波的流动规律。结果表明:尽管差分格式的精度为一阶,通过采用自适应网格技术,同样可以获得较高的激波分辨率;同时可以确定冲击波超压的大小,以此确定膨胀波火炮后喷冲击波的安全范围。

膨胀波火炮后喷装置流场性能分析

根据膨胀波火炮的工作原理,采用"隔离体"方法分别对系统的后喷装置和发射装置进行单独建模。利用Fluent软件的自定义功能将内弹道程序嵌入到Fluent中进行耦合计算,准确地描述了计及后喷装置动态打开过程的内弹道过程。通过对不同类型的后喷装置流场的计算分析和性能对比,为膨胀波火炮后喷装置结构设计和性能优化提供了理论参考。

固态燃料小型FAE装置空中爆炸场效应分析

通过一次引爆固态复合粉尘燃料小型FAE装置与等质量TNT在自由空间的爆炸对比实验,获得了不同距离的峰值超压值,并运用粉尘爆炸下极限浓度对云雾爆轰区半径进行了估算。结果表明,固态燃料小型FAE装置空爆峰值超压分布规律不同于TNT,云雾爆轰区内的峰值超压不呈现单调减的特征,而是在有限范围内呈现波动趋势;云雾爆轰区外的峰值超压随距离增大迅速衰减,但固态燃料小型FAE装置的峰值超压大于相同距离处等质量的TNT。高速摄影观测结果显示,固态燃料小型FAE装置爆炸的化学反应持续时间大于等质量TNT。

岩体爆震传播时应力场的波导效应试验研究

对岩体应力场导向作用进行了试验、测试、分析研究,并结合工程实例阐述了波导效应对爆破效果产生的影响。

2010年1月31日遂宁5.0级地震波形特征及其成因浅析

利用四川地震台网记录资料将2010年1月31日遂宁MS5.0地震和2008年10月10日自贡ML4.8地震与2007年12月20日银川爆破波形进行比较,并针对遂宁地震近台面波发育、与相似构造条件下的地震波形存在差异、具有一定的爆破地震波形特征的情况进行了深入分析。结果表明,遂宁地震不是"气爆"地震,而是2008年5月12日汶川8.0级大地震后,四川盆地及附近地区应力场增强的背景下,发生在磨西气田区的一次浅源地震。

高饱和度饱和土中爆炸波的传播特性

利用φ2.5×5 m爆炸模拟装置进行饱和土接触爆炸模拟试验,在获得爆炸波在饱和土自由场中传播的试验数据的基础上,拟合出压力、动量、上升时间随比例距离变化的公式,通过综合分析给出了饱和土中波传播的规律。理论分析揭示了饱和土中应力波传播时出现流体动力区和冲击波形成等性质,建立了饱和土双线性递增硬化本构关系;在饱和土试验中,存在由冲击波向弹性波转化的分界压力,这个分界压力是与介质性质有关的参数,在不同的土中产生冲击波的条件不相同。高饱和度的饱和土中应力波在点爆炸条件下的三维弥散空间中也较容易产生冲击波,因此,在同样的爆炸条件下,饱和土中结构具有更大的破坏可能性。

非对称起爆云雾爆轰威力场分布特性研究

为获取起爆方式对云雾爆轰威力场的影响,采用TNT装药对抛撒云团进行了非对称单点起爆,通过高速摄影仪及压力传感器获取了云雾爆轰过程及不同距离、方向的超压值,分析了云雾爆轰波传播特性及超压随距离、方向的变化规律。结果表明,采用非对称偏心起爆时,云雾场内超压分布呈现明显的不均匀性,部分区域存在冲击波叠加效应,而随着距离的增大,超压分布逐渐趋于均匀,起爆方式对云雾爆轰威力场的影响主要体现在近场区域。

爆炸场地震波对模拟目标振动响应的实验研究

不同当量的弹药产生的爆炸场地震波的震动特性具有很大差异,目标的响应不仅与激励相关,还与目标本身的结构特性有关.为了研究不同当量的弹对典型目标的地震波振动响应的影响规律,建立了基于钢结构典型目标测试装置,分析了典型目标的振动响应特性;采用加速度传感器对不同当量弹药进行了地震波振动测试,分析了典型目标对不同当量的体爆轰和点爆轰弹药的响应特性,探讨了不同当量的体爆轰和点爆轰在时域和频率特性的异同点,对研究目标防护措施及爆炸场地震波毁伤效应具有参考价值.

巷道围岩爆破地震效应的模拟和解析对比分析

对某巷道围岩爆破工程进行数值模拟来分析爆破地震波在围岩中的传播规律,通过数值模拟分析结果与解析解进行对比,发现两者得出的结论类似。在爆破地震波的影响下围岩质点的峰值速度变化呈一定规律,对不同径向距离和轴向距离条件下质点峰值速度的变化规律进行比较,可以发现围岩中质点的峰值速度随着径向距离呈现正负号交互的波浪式衰减,即围岩可能出现交替拉压状态以及分区破裂现象,而质点峰值速度随着轴向距离的变化相对简单,主要表现为非线性的快速衰减。

高饱和度饱和砂中爆炸波传播规律的自由场实验研究

为了研究爆炸波在高饱和度饱和砂传播特性,利用Φ2.5×5m爆炸模拟装置进行饱和砂接触爆炸模拟试验的过程,实验得到了爆炸波在饱和砂自由场中传播大量的试验数据。根据实验测得的数据,拟合出压力、动量、上升时间随比例距离变化的公式,得到了爆炸波在饱和砂中的衰减规律。理论分析揭示了饱和砂中应力波传播时出现流体动力区和冲击波形成等性质,建立了饱和砂双线性递增硬化本构关系。

爆炸应力波在含层理介质中传播规律的实验研究

采用超高速数字图像相关实验系统,进行了爆炸应力波在含层理结构的PMMA试件中的传播试验,分析了全场应变的演化过程和相关测点的应变时程变化。实验结果表明:爆炸应力波在含有层理的介质中传播时,层理远区的应力波衰减幅度比层理近区的应力波衰减幅度大。通过应变云图的演化过程发现,应力波遇到层理后会发生反射,入射拉伸波与反射拉伸波叠加形成了较强的拉伸集中区,并沿着层理向两端扩展逐步减弱。此外,通过数据拟合得到了层理内、外侧的应变峰值衰减规律,应变峰值的衰减随距离基本是线性的,且层理内侧的应变衰减速度大于层理外侧的。

高速弹丸穿越不同制退器时的膛口流场波系结构研究

基于二维非定常Euler方程,结合高精度Roe格式及结构化动网格技术,对弹丸从膛底飞离不同膛口装置过程中膛口流场的发展过程进行了数值模拟。数值计算结果清晰地揭示了光膛口以及分别加装开腔式和多孔制退器后膛口流场的不同波系结构,同时计算纹影图清楚地显示了其与弹丸相互作用及演变过程。计算结果与本课题组先前相关试验阴影照片相符。另外,根据数值流场结果,详细探讨了制退器降低后坐冲量的机理与膛口周围超压区域的分布,为制退器改进设计提供重要参考。

运动炸药近地爆炸冲击波场特性研究

为研究运动炸药近地爆炸冲击波场分布特性,运用AUTODYN软件对不同运动速度炸药近地爆炸过程进行数值仿真,地面超压峰值仿真结果与等效经验公式计算值符合程度较好。通过对扰动压力场、爆炸初始压力场以及地面特征位置峰值超压的对比分析,得到炸药运动速度对近地爆炸冲击波场分布的影响规律。研究结果表明:炸药运动速度对地面冲击波峰值超压有增益作用,随着炸药运动速度的增加该增益作用增强;炸药运动速度对地面峰值超压的增益作用随比例距离的增加逐渐减弱,3倍比例距离外可认为无明显差异。