切缝药包爆破的聚能效应与工程应用

在有机玻璃上进行了切缝药包爆破动焦散试验,试验结果表明切缝药包具有显著的聚能效应,切缝方向裂纹长度明显长于垂直切缝方向,且切缝方向动态应力强度因子在相同时刻大于垂直切缝方向。工程应用表明,切缝药包爆破比光面爆破炮眼利用率平均提高了13.6%,周边眼痕率平均提高了55.5%,超欠挖平均降低了148mm,同时降低了炸药、雷管消耗和循环炮眼数;减少了对边坡保留岩体的损伤及后期维护成本,获得了显著的经济效益。

基于主客观组合赋权-云模型的边坡稳定性评价

边坡工程在外力作用下易造成滑坡、泥石流等地质灾害,严重影响周边的人民生命财产安全。选取边坡角、边坡高度、天然容重、孔隙水压力比、黏聚力、内摩擦角等6个评价指标,运用CRITIC法和序关系分析法(G1法)分别计算6个评价指标的客观权重和主观权重,并用博弈论对权重进行组合赋权,最后确定综合权重。结合正向云发生器,计算出边坡不同等级的隶属度,并与CRTIC法评价结果及实际等级进行对比,结果表明:边坡稳定性评价的准确率与权重息息相关,利用CRITIC-G1云模型所得的组合权重准确率高达91.7%,而CRITIC法的准确率仅为75%。随机抽取5组数据检验CRITIC-G1云模型的合理性和可靠性,结果显示CRITIC-G1云模型的边坡稳定性等级评价结果与实际边坡稳定性等级相吻合,证明该方法可以用于边坡稳定性的分析与评价。

基于SSA-BP神经网络的岩爆烈度等级预测

随着深部开采战略在我国的发展,岩爆愈加成为我国资源开采时必须面对的地质灾害之一。为提高传统误差反向传播(Back Propagation,BP)神经网络模型进行岩爆预测的准确性与有效性,采用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)优化传统BP神经网络,提出一种基于麻雀搜索算法优化BP神经网络的岩爆预测模型(SSA-BP模型)。在考虑岩爆产生的内外因基础上,选取相关岩爆预测指标,利用国内外100例已有工程岩爆数据建立SSA-BP模型,并与传统BP模型、粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)优化支持向量机(Support Vector Machines,SVM)模型对比。结果表明:SSA-BP预测模型的有效性和准确度皆高于传统BP模型和PSO-SVM模型,同时SSA-BP模型训练集的均方误差(Mean Square Error,MSE)为0.081,比传统BP模型(0.25)降低67.7%,可为类似工程的岩爆预测提供科学依据。

高吸水性树脂多孔混凝土静态力学特性与损伤本构模型

利用大小可控的球形高吸水性树脂(SAP)与水泥基制成SAP多孔混凝土,对其进行一维应变加载,探究了孔隙率为38%、48%、53%的SAP多孔混凝土静态力学性能及耗能特性。结果表明:SAP多孔混凝土应力-应变曲线具有多孔材料典型的三阶段特征;且孔隙率、平台应力、压实应变对材料能量吸收有显著影响;在密度为997~1321 kg/m^(3)内,SAP多孔混凝土的吸能能力会随孔隙率减小而增加。根据实验结果结合损伤因子和Weibull分布理论,建立了基于SAP多孔混凝土密度的损伤本构模型,得到预测不同密度的SAP多孔混凝土损伤演化行为的本构模型,且模型预测结果与试验结果吻合较好。

泡沫铝夹芯板厚度对防爆墙侵彻深度影响研究

为了确定泡沫铝夹芯板的厚度与防爆墙侵彻深度的关系,采用理论、实验和数值模拟相结合的方法对破片冲击防爆墙的过程进行了系统研究。首先,采用一级轻气炮和应变测试系统,测得破片冲击防爆墙的侵彻深度并得到破片冲击防爆墙过程中的速度衰减规律,为数值计算中本构模型、材料参数的合理选择提供了依据;其次,通过一维波动理论计算了不同材料的波阻抗,分析并得到了较为合理的材料结构形式,为数值计算的工况设计提供了依据;最后,采用数值模拟方法系统分析了破片侵彻防爆墙的过程,获得了泡沫铝夹芯板厚度对防爆墙侵彻深度的影响规律。研究结果表明:破片侵彻深度随着初始速度的增大呈先增大后减小再增大的趋势,临界速度分别为800 m/s和1500 m/s;破片侵彻深度的临界速度随着泡沫铝夹芯板厚度的增加出现“滞后”效应;单位面积吸收的能量与破片侵彻深度呈负相关,单位面积吸收的能量越多,破片的侵彻深度越小。该成果对合理设计防爆墙结构以及有效提高其对破片的防护能力具有一定的指导作用。

相邻空区残矿资源回采技术研究

地下残矿资源回收对于矿山的可持续发展意义重大。以某金矿为工程背景,基于冒落平衡拱、面积承载力理论,计算得出采空区冒落跨度与矿柱回采长度,以此设计5种矿柱回采方案,采用MIDAS-FLAC^(3D)耦合建模方法对矿柱回采后的采空区稳定性进行分析,在此基础上,以残矿回收率为经济指标,以顶板沉降量、底板鼓起量、最大压应力、最大拉应力为安全指标,采用Critic客观赋权法对各方案进行评价,结果表明,5个方案的最终评价得分分别为0.484、0.615、0.587、0.569、0.516,故确定方案2即回采矿柱宽82 m、预留矿柱宽15 m为最优回收方案。

聚脲涂覆钢板复合结构抗爆性能研究

为了研究聚脲涂覆钢板复合结构的抗爆性能,对其进行了不同涂层厚度和不同炸药量的爆炸加载试验。利用三维激光扫描仪对聚脲涂覆钢板复合结构试验前后的形貌进行扫描,得到复合结构的中心挠度变化特征;运用DH5960超动态应变仪对复合结构的应变以及冲击波超压特点进行分析,得到应变和冲击波比冲量随聚脲涂层厚度的变化规律。研究结果表明:在等厚度钢板、180 gTNT当量爆炸荷载下,聚脲涂层厚度在0~2.76 mm范围内增加时,挠度呈线性减小,应变峰值先增大后减小,靶后冲击波超压峰值先减小后增大,冲击波比冲量先增大后减小,并在涂层厚度为1.70 mm时达到最大值。因此选择合适的聚脲涂层厚度能有效提高复合结构的抗爆性能。

定向卸压隔振爆破对岩石的损伤破坏效应及其工程应用

为降低常规爆破对保留岩体的破坏损伤,提出了定向卸压隔振爆破方法,并介绍了其技术原理。霍普金森杆、超动态、动焦散、动光弹和一级轻气炮等试验结果表明:采用定向卸压隔振爆破隔振材料一侧爆炸初始压力降低了30%~60%,爆破振动峰值下降了32%~67%;作用于隔振材料一侧爆轰波能量被阻隔46.95%,隔振材料一侧保留岩石的声速降低13.48%;临空面一侧的主剪应力是隔振材料一侧的3.5倍,应力强度因子是隔振材料一侧的1~2.12倍。实践表明,临空面方向汇集了大量能量,获得了好的爆破效果,同时可以减少露天边坡的开挖费用和平巷掘进超欠挖量。

磁电式速度传感器安装方位角对测试数据的影响研究

现场爆破地震波测试过程中磁电式速度传感器安装方位角出现偏差,会影响正确的测试与回归参数值的获取,进而影响工程的安全性判断与爆破振动规律的确定。在距爆源不同位置以不同水平安装夹角布置4组测点,对现场露天深孔台阶爆破进行爆破振动测试,以此来获取不同距离、不同传感器安装方位角的爆破振动数据。分析结果可知,相同距离处传感器安装方位角不同,其爆破振动速度峰值也不尽相同,径向与切向的振动速度峰值影响最大,最大偏差值可达到184.68%,垂向振动速度峰值影响较小,最大偏差值仅为7.02%;同时K、α回归值也受传感器的安装方位角影响,切向方向最为明显,径向与垂直方向次之。

基于博弈-灰靶模型的岩爆烈度等级评价

岩爆一直是深部高应力地下工程面临的一大难题,为了有效预测和评价地下岩体工程的岩爆灾害,建立了基于博弈论组合赋权-灰靶决策的岩爆烈度等级评价模型。首先,选取岩石单轴抗压强度与抗拉强度的比值σ_(c)/σ_(t)、切向应力与单轴抗压强度的比值σ_(θ)/σ_(c)、弹性变形能指数W_(et)和完整性系数K_(v)等定量化指标建立评价指标体系,运用Critic法、变异系数法和熵权法分别计算出各个指标的权重,再根据博弈理论对权重进行优化,进而确定博弈论组合赋权;然后,结合灰靶决策理论,建立不同岩爆烈度等级的综合靶心距分布集;最后,通过综合靶心距的大小对岩爆烈度等级进行判定。为验证所建模型的准确性和合理性,以终南山公路隧道工程为例,根据实测数据对该评价模型进行实例分析。研究结果表明:基于博弈-灰靶模型的岩爆评价结果与实际岩爆情况基本一致,说明该岩爆烈度等级评价模型有较好的精准性和可靠性。