束状孔与当量大孔爆破应力波在节理岩体中的衰减规律

束状孔当量球形药包爆破技术是基于大直径深孔采矿法的新型爆破技术,与单孔爆破技术相比,其炸药能量利用率更高。为了探究节理岩体中束状孔与当量大孔爆破应力波衰减规律的不同,开展束状孔与当量大孔爆破模型试验研究。试验采用混凝土制作相似模型并用无缝钢管将炮孔包围以忽略爆生气体的作用,同时考虑不同节理厚度的影响,得到了爆炸应力波峰值速度与节理厚度的关系,并将两种布孔方式在相同节理条件下进行对比分析。结果表明:两种布孔方式的爆炸应力波峰值速度均随着节理厚度的增加而逐渐降低,在相同节理厚度条件下,束状孔爆破的应力波衰减相对更小。

掏槽孔爆破作用下隧道掌子面应力传播与衰减规律研究

为明晰掏槽孔爆破作用下隧道掌子面应力传播与衰减规律,借助爆破试验分析隧道掌子面在掏槽孔爆破作用下水平方向、竖向和斜向的振动速度变化规律,同时采用ANSYS/LS-DYNA模拟掏槽孔爆破作用下隧道围岩同一截面内应力传播特点。研究结果表明:隧道掌子面边缘测点振动速度大于距爆源近测点振动速度,最小爆源距测点振动速度大于中间位置测点振动速度;隧道掌子面的拱顶和拱肩位置振动速度较大,上部测点振动速度大于下部测点;隧道掌子面应力主要集中在水平方向和竖向,纵向应力较小,水平方向和竖向应力变化时刻主要集中在0~5 ms,水平方向应力传播范围更广;隧道掌子面炮孔下方测点应力大于同爆源距上方测点。相关结论可为类似隧道动力响应分析提供参考。

动载作用下岩-强/软阻隔层-煤组合承载体应力波传播衰减规律及能量耗散的特征

冲击地压应力波的主动衰减方法一直是煤炭巷道安全防治的重要研究难题。文章从不同强度的传播介质角度出发,提出岩-强/软阻隔层-煤的新型阻隔结构,采用动力冲击试验方法,分析煤岩体在阻隔层影响下的应力波传播衰减规律、能量耗散特征及表观破坏程度。研究结果表明,阻隔层能够对应力波波峰的表现形态产生影响,阻隔层强度越强,反射应力波波峰处的浮动震荡越明显,阻隔层强度越弱,透射应力波峰处浮动震荡越大,且出现明显的“双峰”现象;阻隔层能够降低应力波的循环“拉伸-压缩”频率,降低应力波破坏程度;强阻隔层影响下的煤岩体吸能能力提高约10%,软阻隔层可提高试样达到吸能峰值的速率。

花岗岩中应力波传播试验与数值模拟分析

为研究华山花岗岩中的应力波衰减规律,基于花岗岩一维杆状试件的摆锤冲击试验,探测和分析脉冲振幅衰减和信号传播特征.随后,采用LS-DYNA商业软件和Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构开展对应的动态试验数值模拟与分析,并将花岗岩岩杆应力波衰减时程的数值结果与试验结果对比,验证HJC本构参数对华山花岗岩的适用性,分析应力波在花岗岩中的传播及衰减规律.结果表明:华山花岗岩中应力波的振幅随传播距离增加呈指数衰减,衰减系数η约为0.181.HJC本构模型可有效模拟华山花岗岩中应力波的传播规律,并基于试验结果确定了相应的HJC本构模型参数,研究结果可为花岗岩矿山岩体爆破安全与稳定分析提供借鉴.

粗粒花岗闪长岩中应力波的传播衰减规律

利用轻气炮平板碰撞试验 ,对新加坡BukitTimah花岗岩试样进行冲击压缩试验研究 ,根据实验数据研究了应力波的传播 ,用四次多项式表示了应力波峰值随传播距离的衰减规律 ,讨论了应力波峰值的衰减率

高压气体冲击作用下煤体内部应力波传播和衰减规律试验研究

为进一步探究高压气体冲击致裂煤体机理,采用自主研发的高压气体冲击致裂试验系统开展煤体冲击试验,通过测试煤体内部应变,分析其应力波传播和衰减规律。结果表明:高压气体冲击作用下煤体内部产生的应变波由压缩相和拉伸相组成,其应变波作用时间较爆炸应力波作用时间长;能量相等条件下,转换成标准大气压后,高压气体体积较TNT爆生气体体积大,高压气体冲击以准静态作用过程为主,孔壁基本不出现粉碎区,高压气体冲击能量利用率高;试验条件下煤体内部应力波衰减系数约为1.592。研究结果可为高压气体冲击致裂技术应用提供指导。

端部加密锚固洞室在重复顶爆作用下的应力波传播及衰减规律

利用实验室抗爆模型试验装置,研究了端部加密和普通长密锚杆锚固洞室在重复顶爆作用下的应力波传播及衰减规律。端部加密锚固洞室和普通长密锚固洞室每一炮的拱顶压力峰值随着比例距离的增加呈幂函数逐渐衰减,并拟合出相应的幂函数曲线,前两炮拟合的应力波衰减指数均小于未受扰动岩石的衰减指数。两个洞室在爆炸应力波作用下,锚固区附近的岩石先被密实,然后不断损伤破坏。在相同的爆炸条件作用下,随着比例距离增加,两个洞室在相同比例距离时的压力差值逐渐减小;相同比例距离端部加密锚固洞室峰值压力比普通长密锚杆加固洞室峰值压力先大后小;端部加密锚杆加固洞室与普通长密锚杆加固洞室离加固范围最近测点的压应力峰值衰减规律比较相近,并且压应力峰值大小也比较相近。

不同含水率条件下树木内部应力波传播规律的研究

为了给树木无损检测与成像技术提供更准确的理论依据,本文研究了不同含水率条件下树木内部应力波传播的规律,首先,通过应力波传播理论分析,分别提出了树木横切面和径切面内与含水率相关的应力波传播速度模型,并将两个波速模型进行了统一;然后,以樟Cinnamomum camphora样木及其树木圆盘为实验对象,测量了应力波在不同含水率条件下树木内部横切面与径切面中各个角度的传播速度,通过测量实验证明了所提出模型的有效性。结果表明,树木内部应力波传播速度大小与含水率高低成反比,在树木含水率低于木材纤维饱和点时,内部波速受含水率影响更为明显,而当树木含水率在木材纤维饱和点以上时,波速减小的趋势放缓。经实验验证,波速(y)、方向角(x)、含水率(mc)、树木种类参数(T),满足函数关系y=1+kx^(2)+mc·T,决定系数(R^(2))均高于0.93。

梯度应力对红砂岩应力波传播特性的影响研究

地下工程岩体开挖卸载后,围岩体承受的地应力随空间位置呈梯度形式变化。梯度地应力导致岩石的波阻抗呈梯度形式变化,进而影响应力波传播衰减特性。为研究梯度地应力对岩石应力波传播特性的影响,利用自主研发的具有梯度静应力岩石应力波传播试验系统,对红砂岩长试件进行了9种应力梯度工况下的应力波传播试验。通过分析岩石应力波传播速度、波阻抗随应力梯度的变化规律,构建应力波幅值与传播距离、传播时间和应力梯度之间的经验模型,探索梯度应力影响红砂岩应力波传播衰减的机制。结果表明,相同应力梯度工况下,随传播距离增加,应力波形状变化较小,但幅值逐渐减小。随应力梯度增大,岩石各测点区段内应力波传播速度、波阻抗均增大,但增大速率逐渐减缓,相邻测点区段波阻抗差值比先快速增大,后缓慢减小。随传播距离和传播时间增加,应力波幅值均呈指数形式减小;随应力梯度增大,时空衰减系数均呈先快速增大,后缓慢减小趋势变化。随应力梯度增大,相同测点应力波幅值先快速减小,后缓慢变化,在低应力梯度阶段,距离自由端越远的测点幅值衰减速率越快。

爆炸应力波传播及衰减规律研究

本文以地下工程开挖钻爆法为研究主体,深入分析了爆炸应力波传播及衰减规律,针对粉碎区和裂隙区分别构建了相应径向应力和切向应力的计算公式,并给出了粉碎区大致范围。分析认为爆炸应力波传播及衰减规律的研究关键是获取炮孔孔壁处冲击波波速、冲击波峰值压力和质点振动速度三个参数,未来提高爆炸应力波传播及衰减规律研究精度可从此三参数着手努力。

具有梯度静应力的红砂岩应力波衰减特性试验研究

地下工程围岩体承受梯度应力,导致围岩体在梯度空间上的孔隙度不同,影响应力波在其传播的衰减特性。为研究梯度应力对岩石应力波传播衰减特性的影响,利用改进的SHPB试验装置,对红砂岩试件进行不同静应力梯度工况下的应力波传播试验。将采集得到的波形时域数据分别进行傅里叶变换和小波包分解重构。分析应力波质心频率和频带能量分布与静应力梯度的关系,构建频域特征参数的演化经验模型,表征梯度静应力下岩石中应力波的衰减与频散特性。研究结果表明:应力波频谱幅值和应力波信号能量都主要集中于低频带,其中,频带0~7.81 kHz的能量占总能量的80%左右。梯度静应力作用时,岩石中的应力波质心频率随传播距离增加呈线性增加,在同一测点处,应力波质心频率随应力梯度的增加呈“先增加后减小”的变化趋势;在梯度静应力作用下,岩石应力波的频谱峰值衰减呈先快速下降再平稳发展的趋势;岩石应力波总能量与传播距离的幂函数呈线性变化;在梯度静应力作用下,应力波的频带能量和质心频率随传播距离的增加由低频带向较高频带偏移。研究结果阐释了梯度应力的围岩体中应力波的传播衰减规律,从频域的角度指出了应力波在具有梯度应力环境下的传播衰减特性。

爆炸应力波在层状节理岩体中传播规律及数值模拟

为了得到爆炸应力波在层状节理裂隙岩体中的传播与能量衰减规律,以便更好地研究围岩结构动力稳定性,以凤凰山铁矿为研究背景,建立了2种巷道模型:一种在巷道上方预设2个平行的水平节理,另一种不含节理。通过进行相似理论与试验研究和FLAC^(3D)数值模拟软件的非线性动力反应对比分析,在输入爆破荷载后,分析在不同时刻和位置时,完整岩体的地质力学模型和节理岩体的地质力学模型的爆炸应力波质点速度。结果表明:爆炸应力波在节理岩体中的衰减比在完整岩体中的衰减快;在同一质点处,各方向上的衰减各不相同,并且2种方法的结果几乎相同。研究成果为爆破应力波规律的把握和对巷道进行支护提供了重要的理论依据。

岩体结构面对应力波传播规律影响的研究进展

天然岩体中广泛存在着各种结构面,当应力波穿越岩体时,由于结构面的存在会产生波速下降和振幅衰减等现象。各种结构面条件下的应力波传播规律问题有着重要的理论与实际意义。主要针对结构面模型的建立、波传播规律的研究方法及主要结论,综述了微裂隙、宏观节理等复杂结构面条件下弹性波传播问题的研究现状,并提出了值得进一步研究的问题。

爆炸作用下岩石介质应力波传播规律研究

以平面波发生器为加载源的爆炸测试系统 ,直接得出爆炸作用下岩石的应变历程曲线 .通过对一组应变波形的Lagrange分析 ,导出了岩石在 10 3～ 10 4 s- 1应变率范围内的应力波其它参量 (质点速度、应力等 )随时间的变化历史 。

爆炸荷载作用下应力波衰减规律研究

岩体爆破理论和应力波衰减的研究,直接关系到国家的基本建设。迄今国内外在应力波衰减方面,已取得了一些积极的进展,但仍处于探索研究阶段。本文应用ANSYS/LS-DYNA动力有限元对柱状药包爆炸应力波在裂隙岩体里传播进行模拟,与理论计算值进行比较,得出了合理的应力衰减指数。

不耦合装药下爆炸应力波传播规律的试验研究

通过室外爆破试验,利用预埋研制的PVDF压力传感器对耦合及水不耦合延长药包装药爆破时爆炸应力波的中远场压力进行测量,拟合实测结果,得到4种不耦合系数下爆炸应力波峰值随传播距离衰减的指数关系式。分析试验结果可知:①在试验所涉及的范围内,不耦合装药时爆破应力波峰值衰减幅度小于耦合装药(即K=1)时爆破应力波峰值衰减幅度,验证了水介质作为炸药爆轰产物与岩体间的弹性缓冲层作用,减少了粉碎孔壁岩体造成的能量耗散,增加了能量传递,加大了爆炸的作用范围;②当不耦合系数K=3.29时,应力波峰值衰减指数表现出大于K=1.79及大于K=2.57时应力波峰值衰减指数的趋势,表明过大的不耦合系数造成了不耦合介质——水过多的能量耗散(在高温高压下水并不完全是弹性的),削弱了不耦合装药爆破的优势;③在不耦合装药爆破中,存在最佳的不耦合系数,此时爆炸应力波峰值衰减最慢,爆炸能得到充分利用,达到最优的爆破效果。研究结果对不耦合装药爆破的设计及工程应用有一定的指导意义。

脆性材料中应力波衰减规律与层裂实验设计的数值模拟

对混凝土、岩石类脆性材料的层裂实验进行了有限元模拟,研究了应力波在此类材料中传播的衰减规律,包括两类机制:弹性波因大尺寸试样的几何弥散产生的小幅度线性衰减、与应变率相关的黏塑性波因本构关系导致的指数衰减。在此基础上,提出了包含常数项的指数型应力波峰值拟合公式。建议采用可以忽略应力波衰减影响的细长形试样进行层裂实验。混凝土类脆性材料层裂破坏模拟结果显示,有限元模拟得到的层裂片厚度与一维应力波理论得到的结果非常吻合,验证了按一维应力波理论确定层裂强度的实验方法的有效性。通过对比3种不同入射波形下层裂片的形状和净拉应力波形,发现不对称的入射波形状更有利于实验获得平直的层裂断面和较准确的层裂强度。

爆炸应力波在层状岩体中的传播与衰减

针对层状岩体的特征,研究爆炸应力波中的平面波在层状岩体界面上的透、反射关系以及球面波在各岩层中的衰减特性,分析爆炸应力波在层状岩体中的传播和衰减规律.研究表明,爆炸应力波在各层岩体中随传播距离的增加而衰减,衰减速度分别与各层岩体的衰减系数有关;爆炸应力波在经过不同岩层界面时的强度增减与层面两侧岩体的阻抗有关.在相同传播距离内,层数较多、软硬相间的层状岩体对爆炸应力波有更大的衰减.当爆炸应力波经层状岩体传播后作用于地下结构时,层状岩体能更好地保护其下方的结构.

锚固洞室中不同方向爆炸应力波传播规律及裂纹形成机理研究

基于抗爆模型试验结果,利用数值分析软件研究锚固洞室中不同方向爆炸应力波传播规律及裂纹形成机理。通过分析锚固洞室爆炸压应力时程曲线规律,发现压应力时程曲线特征符合应力波的一般传播作用规律,这说明数值分析的结果比较合理。集中装药爆炸后,应力波以球面向四周扩散传播,随着时间推移,快速衰减。当应力波向上传播到地表时,会在地表附近发生多次"层裂"形成大面积裂纹,爆源从拱顶至侧墙,地表面附近受拉破坏越来越轻,其中直墙侧爆不发生受拉破坏;当应力波向下传播至地下洞室时,由于反射拉伸,会在锚固区及其末端发生"层裂"。随着应力波继续传播,经由上地表反射的拉伸波会与由洞室表面反射的拉伸波发生相遇,形成加载波,一旦加载波的强度大于围岩的动态抗拉强度,会在相应的位置形成裂纹。

不同装药形式混凝土自由场应力波衰减规律的数值分析

采用LS-DYNA软件,根据试验结果,模拟条形装药接触爆炸下混凝土自由场的应力波衰减规律,得到各种材料模型参数,并给出三种不同装药形式混凝土中应力峰值与加速度峰值随距离变化的衰减规律。根据曲线拟和,得到其应力峰值与加速度峰值的衰减指数。计算结果表明,条形和柱形装药形式对应力波衰减特性影响不大,而球形装药形式影响较大。