最小抵抗线对层间充填土运动速度影响的实验

爆破含软弱夹层的边坡岩体时,夹层充填物在爆炸气体的冲刷、推移和压密等作用下沿夹层高速运动并形成夹层空腔,从而降低边坡岩体的稳定性.介绍含层间充填土的混凝土模型爆破实验,用高速摄相机拍摄层间充填土在爆破作用下的运动过程,分析了最小抵抗线对夹层土运动速度影响规律.     

爆破作用下岩体层间软弱夹层爆腔推移规律研究

通过对含层间软弱夹层的单孔露天台阶模型爆破过程的高速摄像实验,在拍摄速度为每秒20 000和30 000幅条件下观测到爆破作用下爆腔的整个发展过程,得出了爆腔的推移规律:药量、含水率、抵抗线对爆腔发展规律影响不尽相同,药量因素影响最大、抵抗线因素次之、含水率因素影响最小;在爆腔成形之前均经历了约300～500 μs的爆腔半径迅速增加区;相同条件下,同一时刻任何一个影响因素中增加时,爆腔半径也相应地变大,增加幅度约为:1.2～2.2倍.     

爆破地震波穿越边坡软弱夹层时的衰减特征

为防止含软弱夹层的岩质边坡受爆破地震波的影响发生滑动变形而失稳,形成滑坡灾害,研究了地震波穿越软弱夹层时的衰减特征。建立相似实验模型和动力有限元数值模型,对软弱夹层两侧岩体的振动速度、加速度进行了对比。结果表明,地震波穿过软弱夹层后其振动速度和加速度显著减弱,软弱夹层与两侧岩体的波阻抗比值越小,地震波振动速度衰减程度越高,若夹层与两侧岩体的波阻抗之比达到1∶10以上时,振动速度可降低80%以上。地震波穿过顺倾软弱夹层时衰减幅度较反倾夹层略大。由于软弱夹层振动幅值发生突变,软弱夹层内产生了附加剪切作用力,可导致软弱夹层的损伤或破坏。     

爆破地震波穿越边坡软弱夹层时的衰减特征

为防止含软弱夹层的岩质边坡受爆破地震波的影响发生滑动变形而失稳,形成滑坡灾害,研究了地震波穿越软弱夹层时的衰减特征。建立相似实验模型和动力有限元数值模型,对软弱夹层两侧岩体的振动速度、加速度进行了对比。结果表明,地震波穿过软弱夹层后其振动速度和加速度显著减弱,软弱夹层与两侧岩体的波阻抗比值越小,地震波振动速度衰减程度越高,若夹层与两侧岩体的波阻抗之比达到1∶10以上时,振动速度可降低80%以上。地震波穿过顺倾软弱夹层时衰减幅度较反倾夹层略大。由于软弱夹层振动幅值发生突变,软弱夹层内产生了附加剪切作用力,可导致软弱夹层的损伤或破坏。     

地震作用下软弱夹层参数对岩质边坡锚固界面剪切作用影响

利用FLAC~(3D)软件建立了含软弱夹层的锚固岩质边坡数值模型,研究了软弱夹层参数对边坡位移响应和锚固界面剪切作用的影响,并通过正交试验对软弱夹层参数进行了敏感性分析。研究结果表明:锚固界面上的剪应力随时间呈阶梯式变化,且与地震动能量密切相关;随着软弱夹层厚度增加,边坡永久位移和峰值剪应力都增大,随着黏聚力和内摩擦角增大,二者减小,随着倾角增大,二者则先增大后减小;软弱夹层参数对界面剪应力的敏感性由大到小依次是软弱夹层倾角、黏聚力、内摩擦角和厚度。     

含软弱夹层的顺层岩体台阶深孔爆破试验研究

为解决含有软弱夹层的顺层油母页岩岩体台阶爆破后大块与尾矿较高等问题,采用声波探测方法确定软弱夹层的倾角与厚度,并且改变孔径、孔距、单耗、药包与软弱夹层相对位置设计爆破方案,对含软弱夹层顺层岩体台阶进行深孔爆破试验。试验结果表明:爆破效果随孔距、单耗、孔径的增大逐渐变差;分析得出药包与软弱夹层的间距是影响含有软弱夹层岩体台阶爆破效果最重要的因素。当药包在软弱夹层位置时爆破效果最差,在满足充填高度的要求下爆破效果随药包在软弱夹层上方且随相对距离加大逐渐变好,当药包位于软弱夹层上部2.5 m时爆破效果最好,尾矿8.64%、大块1.52%、滑动等级I级、滑动后岩石与运输线路间距离2.27~2.61 m。     

软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究

为研究平行于炮孔的软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展的影响，通过制作含不同软弱夹层的水泥砂浆试块进行爆破模拟试验，并用高速摄影仪对试块爆破裂纹扩展过程进行观测。同时，通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对含不同软弱夹层试块的爆破裂纹扩展起因进行数值模拟分析。结果表明：随着软弱夹层强度的降低，软弱夹层侧爆炸反射应力波强度逐渐增加、透射应力波强度逐渐降低，这使得软弱夹层侧裂纹扩展速度逐渐增加、裂纹扩展也越充分。同时，随着软弱夹层强度的降低，爆炸应力波在软弱夹层侧的衰减速度逐渐加快。试验结果与数值模拟结果具有较强的一致性，表明数值模拟对实践具有一定的指导意义。     

地震作用下含反倾软弱夹层斜坡的动力变形破坏特征研究

采用振动台模型试验,研究了地震作用下含反倾软弱夹层的斜坡的动力变形破坏特征和破坏过程。试验结果表明:1地震动作用下斜坡的变形和破坏特征与地震波类型、加载方向、振动强度有关,同时还与斜坡所含软弱夹层的厚度和坡体高程等因素有关。2含反倾软弱夹层的斜坡在地震动作用下为"震裂-散体崩落"型破坏,坡面裂缝起主要的控制作用,并且具有沿坡面裂缝呈带状散体崩落的特点。其变形破坏集中在坡体的中上部,这与坡面水平加速度在该部位被显著放大有关。3相比薄软弱夹层,厚软弱夹层在震动过程中表现出一定的消能、减震作用。     

爆破作用对软弱夹层岩质边坡稳定性影响试验研究

根据含软弱夹层顺层岩质边坡爆破中产生爆破振动和层裂效应的特点,推导了在顺层岩质边坡爆破时的边坡稳定性系数计算公式,并以顺层岩质边坡模型爆破试验实测数据为基础,按极限平衡法进行了爆破作用下顺层岩质边坡的稳定性分析.对试验结果的计算分析表明,爆破瞬间,爆破振动和层裂效应导致边坡稳定性降至极限平衡状态附近,易产生一定位移,稳定性系数降幅达64%;爆破后,层裂效应导致边坡自稳能力降低,其降幅达30%-35%,这与试验现象吻合较好.据此提出了适合顺层岩质边坡爆破的开挖方法以及相应的防护措施,为此类顺层岩质边坡爆破的优化设计提供了理论依据.     

爆破荷载对含软弱夹层隧道围岩稳定性和变形破坏特征的影响

为研究爆破荷载对含软弱夹层隧道围岩稳定性的影响,采用中科院武汉岩土所自主研发的CASRock软件系列模块,即弹塑性细胞自动机EPCA3D动力模块,分析了爆破荷载作用下不同方向中间主应力(水平方向、隧道轴向)、软弱夹层与隧道距离(2r、1r、0.5r、0.25r)和软弱夹层倾角(0°～90°)对隧道围岩稳定性的影响。以等效塑性应变为破坏特征量分析围岩的损伤程度,发现当中间主应力沿隧道轴向时对围岩稳定性基本无影响;当中间主应力沿水平方向时隧道围岩稳定性随着中间主应力的增大逐渐增强;软弱夹层越靠近隧道边界产生的影响越大;软弱夹层倾角对隧道围岩的影响程度随角度增长先增大后减小,在60°至75°范围内影响程度达到最大。