冻结岩壁爆破振动及损伤特性试验研究

为了研究爆破掘进过程中冻结岩壁的振动及损伤特性,模型试验是一种行之有效的方法。通过相似理论设计出物理模型试验方案,对低温模型进行爆破掘进,记录关键点振动速度及频率信息,进行回归分析,确定出质点速度和频率预测公式以及两者拟合关系,利用主频率预测值反推冻结岩壁指定点的速度,并与《爆破安全规程》(GB 6722—2014)中爆破质点安全允许振速比较得出冻结岩壁损伤范围,结果表明:冻结岩壁振动规律符合萨道夫斯基公式,振动频率符合其相似准数方程,得到冻结岩壁速度和频率衰减特性;结合现场损伤测试结果认为采用规程允许振动速度可以保守地对冻结岩壁损伤进行评价,解决了定量考虑频率影响后冻结岩壁的安全性评价问题,为类似地层冻结立井爆破开挖提供科学依据。

冻结立井模型爆破振动信号的小波包分析

从能量分布特征角度研究爆破振动信号,以达到认识爆破振动危害并提出危害控制方法的目的。结合冻结立井爆破模型试验,获取冻结岩壁指定点爆破振动信号,采用db6小波基对爆破振动信号进行小波包分析,得到各信号不同频带能量分布,研究了高程差、等效距离对振动信号能量衰减规律的影响,利用量纲分析法建立了能量预测公式,并通过实测数据回归分析验证了其正确性。结果表明:各测点振动信号能量随着时间的变化表现为高频部分衰减快、低频部分衰减慢的特征;爆破振动能量分布范围广泛,主振频带较宽且由多个分振频带组成;随着高程的增加、传播距离的增大、能量有向低频集中的趋势;能量大小与药量成正比,与等效距离成反比;结论为鄂尔多斯盆地冻结岩层爆破能量衰减规律、安全性评价提供理论依据。

三向受力条件下淡水冰破坏准则研究

为了更清楚地认识含冰冻结壁力学特性、解决复杂冰岩耦合问题以及给冰工程设计和数值仿真分析提供参数,有必要对冰在三向受力条件下的力学特性进行深入研究.以内蒙古自治区东胜煤田石拉乌素矿立井井筒建设为背景,参考现场水文地质资料在室内制作相似冰样,利用TDW-200低温冻土试验机,进行了4组温度和7组围压的人工淡水柱状冰三轴压缩强度试验,加载速率为0.5 mm/min,加载方向垂直于冰的晶轴方向.结果表明:在恒定温度条件下,柱状冰随围压增大塑性增强,而恒定围压条件下,柱状冰随温度降低脆性增强;在试验温度范围内,淡水柱状冰和多晶冰强度均随围压、温度升高而增大,但同条件下柱状冰强度高于多晶冰;采用D-A模型、Teardrop模型解释了高压下偏应力与围压之间的非线性关系,从不同角度对拟合得到的破坏准则综合考虑,认为D-A准则更适合用于描述淡水冰的破坏特征.研究结果可为后期同条件冰-岩耦合、数值模拟研究提供参考.