煤体中爆炸应力波传播与衰减规律模拟实验研究

在岩石爆破理论的基础上分析了煤体中爆炸应力波的作用机理,借助损伤力学理论探讨了煤体在爆炸应力波作用下的损伤断裂准则。煤体中爆炸应力波传播与衰减规律模拟实验结果表明:煤体中爆炸应力波一般包含2段波形,第1段由压缩相和拉伸相组成简单波形,第2段是由多种作用形成的复杂波形;爆炸应力波作用下,煤体首先承受压应力,而后承受拉应力,且压缩相的作用时间较拉伸相作用时间短;煤体中爆炸应力波的衰减速度较一般岩体中的快,实验条件下应力波衰减因数符合α=3-μ/(1-μ),爆炸应力波的主要作用是在煤体中形成少量新裂隙、激活煤体中原生裂隙并打破煤体中瓦斯气体的平衡状态。

深部裂隙岩体中弹性波传播与衰减规律试验研究

为研究深埋裂隙岩体中弹性波的传播与衰减规律,采用室内模型试验,得到弹性波在深部裂隙岩体中传播时的波速值及首波波幅值随地应力变化的曲线,并对试验过程中弹性波的传播与衰减规律进行分析,对裂隙岩体中弹性波的波速增量、衰减程度与围压、裂隙数量、裂隙分布角度之间的关系进行了探讨和拟合。试验研究结果表明:在三轴压缩试验中,当围压一定而轴向压力增加时,弹性波波速值的变化经历快速增长、缓慢增长、基本稳定、快速降低4个阶段,并在轴向应力达到峰值强度的60%时,波速值迅速下降,因此可判断该点为岩体中裂纹开始扩展的起始点,同样首波波幅值的衰减程度也呈现出类似变化规律;在三轴拉压试验中,当围压一定而轴向拉力增加的过程中,弹性波波速值不断降低,波幅值的衰减程度也是不断增强。围压、裂隙角度、裂隙数量对弹性波的传播速度和衰减程度均产生一定影响,影响程度的敏感性为:裂隙数量>围压>裂隙角度。

重载列车通过高架桥诱发地面振动传播与衰减规律的现场测试研究

考虑到以往对重载列车运行诱发铁路高架桥周边地面振动的传播规律及对附近民房的影响研究较少,基于朔—黄重载铁路神山高架周边地面与建筑物的振动速度和加速度的现场实测与分析,借鉴萨道夫斯基公式,研究桥墩周边地面测点的振动速度幅值的传播与衰减规律,以及受轴重和车速的影响,地面和建筑物振动响应的振动规律。结果表明,梁端测线上各测点振动速度随距离衰减更快,且明显呈非线性,随列车速度变化也更为显著;基于对实测数据的分析,得到质点峰值振动速度与距激励源距离、列车速度、轴重之间的关系式;相同型号的空载车与满载车引起的振动速度幅值相差较大,而不同型号的空车之间振动差则较小;对屋顶、室内、基础测点的峰值振动速度及加速度级的分析表明,在10~20 Hz范围,屋顶竖向振动大于横向,且一些频段振级超过规范限值,对附近民房内人体舒适性有一定影响。

基于损伤累积的爆破振动传播规律试验研究

为进一步揭示基于损伤累积的爆破振动波传播与衰减规律,设计混凝土试块进行损伤累积及爆破振动测试试验。结果表明,测点损伤值随爆破次数增加持续增大,中远区测点损伤有初期缓增及后期突增两阶段;测点单次爆破振动速度随距离增大而减小,近区测点振动速度减小较中、远区测点快;测点爆破振动速度随爆破次数增加总体减小,且爆源近区减小较快,中远区呈小幅度缓慢减小;随爆破次数继续增大各测点振动速度存有突增过程,且衰减系数α增加缓慢,K值减小,两者均存在小幅度畸变过程;多次爆破时确定振动安全阈值及爆破振动波传播衰减规律(K、α值)时应充分考虑损伤累积效应。

基于损伤累积的大跨度隧道(硐库)爆破振动传播规律

为研究损伤累积效应对隧道内爆破振动波传播与衰减规律的影响,利用萨道夫斯基公式对某大跨硐库施工过程中测得的爆破振动波结果进行拟合分析。结果表明:在单次爆破作用下,爆破振速与主频均随测点与爆破中心距离的增大而减小;在多次爆破作用影响下,测点爆破振速与主频均随爆破次数增加不断衰减;随着爆破次数的增加,衰减系数(α)缓慢增长,场地系数(K)逐渐衰减。现场爆破振动波的变化规律与室内试验结果相一致,且质点振动主频与峰值振速在变化规律方面存在较高对应关系。在进行振动波传播与衰减规律研究、爆破振动安全标准制定和振动危害效应评价时,应考虑损伤累积效应的影响。

煤体高压空气爆破模拟试验研究

高压空气爆破(high-pressure air blasting,HPAB)是通过瞬间释放高压气体冲击煤体达到增加煤体渗透性的一种物理爆破技术,该研究通过自主研发的高压空气爆破试验系统开展模拟煤体高压空气爆破试验,试验过程中对试块的超声波波速、应变和裂纹扩展速度进行测试,基于试验结果和损伤断裂力学理论揭示了煤体高压空气爆破应力波传播与衰减规律和损伤断裂过程与机理。煤体中高压空气爆破应力波和炸药爆炸应力波的波形特征相同,但高压空气爆破应力波峰值小、作用时间长、脉宽长、衰减慢(α=2-μ/(1-μ))。煤体首先在高压空气爆破应力波作用下产生初始径向裂纹,初始径向裂纹以0.15~0.40倍应力波波速扩展。随后,高压气体、瓦斯气体和远场应力共同作用驱动初始裂纹以0.12~0.14倍应力波波速度稳态扩展,最后远区煤体内部的一系列周期性原生裂纹在弹性应力波、原岩应力和瓦斯气体的共同作用下在小范围内缓慢扩展。