图像处理技术在断裂控制爆破高速摄影的应用

研究爆破裂缝扩展规律对于研究爆破破碎机理具有十分重要的意义,通过高速摄影来研究裂缝扩展规律;并对摄影图片进行图像处理,根据处理后的图像给出了初始断裂时裂纹的发展速度;处理结果表明使用高速摄影研究、验证爆破裂缝扩展规律很有效。     

小波分析在爆破图像裂纹识别中的应用

主要用小波分析图像处理技术来处理断裂控制爆破高速摄影图像,并根据处理后的爆破高速摄影图像进一步精确给出了爆破裂纹的发展速度。处理结果表明,小波图像处理用来研究爆破裂缝扩展规律的有效性。     

含瓦斯煤体爆破裂纹扩展规律试验研究

为进一步研究含瓦斯煤体爆破作用机理,从理论上分析了含瓦斯煤体爆破裂纹的形成与扩展机理,并设计了含瓦斯煤体爆破裂纹扩展规律测试试验,利用探针法对含瓦斯煤体中的爆破裂纹扩展速度进行了测试,并对其中的爆炸应变波进行了测试.理论分析与试验结果表明:含瓦斯煤体爆破裂纹扩展经历了爆炸应力波作用下的快速衰减阶段、爆生气体与瓦斯气体共同作用下的缓慢衰减和近似匀速扩展3个阶段,瓦斯气体的存在有利于爆破裂纹的扩展,可以在裂纹扩展的后期阶段小幅度的增大裂纹的扩展速度.     

不同地应力下煤体爆破裂纹扩展规律研究

借助RFPA2D-Dynamic软件,研究了煤体在不同地应力条件下爆破裂纹扩展规律。模拟了煤体在地应力和爆破荷载共同作用下裂纹发育、扩展和贯通过程,并分析了不同侧压力系数和围压值对煤体裂纹扩展规律的影响。     

切缝药包爆破中爆生气体作用的试验研究

切缝药包爆破是目前在实际工程中应用的定向断裂控制爆破方法,为更好地研究和使用这种爆破技术,使用高速摄影技术观察模型试件裂纹扩展过程,研究切缝药包爆破中爆生气体的作用机理。试验结果表明,切缝管对爆生气体的约束作用使得沿切缝方向的裂纹扩展得到加强,而爆生气体的准静态压力没有作用于其它方向的裂纹。     

基于DIC的露天矿山微差爆破模型试验及数值模拟

随着电子雷管在露天矿山台阶爆破中的全面使用,微差爆破技术得到进一步发展,如何通过调整孔间延时提高炮孔之间相互作用力,成为矿山爆破技术的研究重点。基于混凝土模型模拟露天矿山微差爆破,建立高速摄影技术与数字图像相关(DIC)试验系统,基于全场微应变、高速摄影技术和数值模拟对不同孔间延时条件下的炮孔间裂纹发展过程进行了研究。结果表明:爆炸载荷下模型表面裂纹附近的应变持续时间约为3 ms,孔间延时为3 ms时下一个炮孔起爆能够提高炮孔之间的相互作用力;通过数值模拟展示了测点的压力分布特征,在孔间延时为3 ms时测点压力最大,验证了模型试验的准确性;利用MATLAB对数值模拟结果分析发现,孔间延时为3 ms时其破碎程度最佳,与模型试验结果具有较好的一致性;使用高速摄影技术结合DIC方法为研究炮孔之间的相互作用力及裂纹扩展提供了新思路。     

多孔台阶爆破破裂过程的模型试验研究

应用高速摄影仪和超动态应变仪研究模拟台阶爆破的水泥砂浆模型破裂过程，解决了三维模型爆破试验中装药结构、可靠起爆和同步实现等一系列技术问题.研究了水泥砂浆台阶爆破裂纹的起裂、扩展、分叉、止裂.实验发现，裂纹扩展速度一般为400～600 m/s；密集系数m影响台阶爆破炮孔间裂纹贯通时间，并随m增大而推迟，应变波持续作用时间和最大拉应变峰值随m增大，说明较大m提高了炸药能量利用率，使爆破微裂纹充分发育，爆破破碎块度合理.     

爆破过程中岩石运动速度规律的研究

根据硐室大爆破的高速摄影观测资料，分析了爆破过程中岩石的运动过程，具体研究总结了岩石运动的规律，结合现场高速摄影观测的实际情况，分析了产生像差的原因并进行了校正。     

温度对深部裂隙砂岩裂纹扩展规律的影响

为研究裂隙砂岩在不同温度条件下的力学特性和裂纹扩展规律,对不同温度（-20℃、20℃、40℃）处理后的裂隙砂岩进行双轴压缩试验,并采用PFC2D模拟了裂隙砂岩在不同温度作用后的双轴压缩试验,分析了裂隙砂岩在温度作用后的裂纹演化、破坏模式、扩展速率和扩展形态等参数的变化规律。研究结果表明,温度对裂隙砂岩的裂纹扩展速率和形态有着显著影响,高温条件下裂纹扩展速率更快,并且裂纹形态呈对称“L”形,同时裂纹数量增多;低温条件下裂纹扩展速率减缓,裂纹形态呈对称平行直线形。此外,温度对颗粒之间的摩擦力和黏结力也会产生影响,从而影响裂纹扩展。通过对比温度-应力耦合数值模型与试验结果可知,两者的相似度高达95%,可以较好地验证裂隙砂岩裂纹扩展规律,研究工作可为岩石力学领域的技术创新提供新思路和新方法。     

切缝药包光面爆破裂纹扩展时空演化分析

光面爆破机理复杂,裂隙演化具有不确定性,现场试验难以完整观察到炮孔间裂纹的起裂、扩展至贯通。采用CAD与ANSYS联合建模技术构建空气不耦合光面爆破数值模型,运用显式动力分析软件LS-DYNA定义岩石单元失效计算获得切缝药包光面爆破裂纹扩展演化过程,从时空演化角度研究光面爆破裂纹扩展规律,从而为矿山巷道爆破工程提供更精确的指导。研究结果表明:1)CAD与ANSYS联合建模技术弥补了ANSYS对于复杂模型构建的缺陷,实现精确耦合数字建模;2)定义岩石单元失效方法可以使得爆破裂纹演化过程更为直观,切缝药包爆破相较一般空气不耦合装药结构爆破,炮孔周壁产生的径向裂纹和分叉裂纹显著减少;3)模拟不耦合系数1.5、1.8、2.25切缝药包光面爆破裂纹扩展时空过程,发现切缝药包爆破裂纹扩展演化规律,其裂隙数量随着不耦合系数的增大而减少,裂纹扩展演化长度也随之变短,分叉裂纹扩展演化明显降低,当不耦合系数为1.8时,数值模拟切缝药包爆破裂纹扩展演化形成较佳的贯通裂纹,获得较好的爆破效果。     

不同直径空孔对爆生裂纹扩展行为影响规律的实验研究

为得到空孔直径的改变对爆生裂纹扩展行为的影响规律,采用动态焦散线实验方法,研究了不同空孔直径情况下爆生裂纹扩展轨迹、扩展速度及裂尖动态应力强度因子的变化规律。研究结果表明:随着试件中三条爆生主裂纹的尖端相对距离的减小,裂纹尖端应力场的相互作用逐渐增强,使裂纹扩展速度增加并达到峰值;随着空孔直径的增大,裂纹扩展后期裂纹扩展速度和应力强度因子振荡效应减弱,有利于运动裂纹向空孔方向扩展;在一定范围内,空孔直径越大,空孔对爆生裂纹的导向作用越明显;随着空孔直径的增大,三条爆生裂纹在相互贯通之前,裂尖的动态应力强度因子发生突跃增大的趋势减弱。     

切缝药包爆炸作用下裂纹扩展行为的试验研究

为了研究岩石动态破裂机理,采用高速摄像技术,对切缝药包间隔装药爆炸作用下混凝土试件的破坏过程进行了物理模拟试验。试验研究表明,切缝药包爆炸作用下,混凝土试件在切缝方向上产生两条基本对称的裂纹A和裂纹B。裂纹的萌生、快速扩展以及最后的失稳过程非常明显。裂纹萌生后,其扩展速度急剧达到峰值698m/s,接着快速下降,最后阶段裂纹扩展速度变化平稳。研究结果为切缝药包在实际爆破工程中的应用提供了试验依据。     

基于数字图像处理技术的爆生气体膨胀规律研究

爆破导致岩石等介质的破碎是爆炸冲击波和爆生气体共同作用的结果,对爆生气体作用过程的分析一直缺乏有效的试验手段,基于此进行了混凝土模型浅埋集中装药室外爆破试验。对高速摄影机获得的气体膨胀过程图像进行了背景剪除、边缘检测等处理,得到了爆生气体自孔口溢出后扩散规律。结果表明气体溢出后,失去爆破介质的束缚,迅速膨胀,且总量呈现指数增长。数字图像处理技术结合高速摄影机是研究爆破等高速过程的有效手段。同时指出,气体在介质内部的作用过程需要进一步的试验和分析。     

切槽孔掏槽爆破机理动态焦散线实验研究

为研究切槽孔掏槽爆破爆生裂纹起裂、扩展及其与空孔相互作用机理,采用数字激光动态焦散线实验系统,对比分析了切槽孔与普通孔掏槽爆破裂纹扩展速度及动态应力强度因子的变化规律。实验结果表明：与普通孔相比,切槽孔掏槽爆破主裂纹在起裂阶段,应力强度因子出现最大值;扩展阶段,裂纹近似匀速稳定扩展,应力强度因子波动范围较小,整体数值较大;与空孔相遇阶段,3条主裂纹相互贯通,相应地产生3条次生裂纹,并与主裂纹相向运动,提高了各自的扩展速度和应力强度因子。空孔处破碎较严重,其补偿空间得到充分利用,有利于提高掏槽效率。     

Brittle failure zone size under the concentrated charge blasting near free surface

The authors examine the blast action near free surface in brittle solid rocks, where fracture takes shape of crack development. The calculation model of kinematics of cracks initiated from the explosion center and extending onto free surface is worked out based on the linear brittle failure theory. To simplify the problem, cracks are assumed axially symmetric. The calculations involved specific parameters of a medium, charge and its installation depth. The calculations allow the shapes of cracks and their size-to-time relation, as well as the size and shape of explosion crater under the concentrated charge blasting near free surface.     

双孔爆炸应力波作用下缺陷介质裂纹扩展的动焦散试验

利用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统(DLDC),研究了两切槽炮孔爆破爆生主裂纹和由预制缺陷尖端衍生的次裂纹扩展的动态力学行为。研究结果表明,两切槽炮孔同时起爆后,爆生主裂纹没有相互交汇贯通而是止于预制裂纹断面处,表明缺陷对定向断裂控制爆破效果有着重要的影响;次裂纹与主裂纹并没有直接贯通,而是呈"勾连状"的止于对方裂纹面上。与水平预制缺陷相比,垂直预制缺陷对主裂纹的扩展影响更大,其次裂纹在拉伸应力场的作用下而以I型扩展;当膨胀P波与运动着的裂纹相互作用时,裂纹扩展速度和裂尖动态应力强度因子都减小。     

聚能光面爆破光爆层参数优化研究

结合聚能爆破对光面爆破光爆层参数进行优化分析，分析了聚能爆破初始裂纹的形成机理，提出了采用双孔聚能方向裂纹贯通时和非聚能方向主裂纹与反射拉伸波引起的拉伸裂纹贯通时的时差作爆破效果评价标准，结合裂纹最终扩展效果进行分析，并将研究结果应用于实际工程中。研究表明：仅从裂纹贯通时差的角度分析，在一定范围内光爆层厚度越小，炮孔间距越大，效果越佳；在相同炮孔间距下，随着光爆层厚度的增加，光爆层的裂纹密度逐渐减小，为保证炮孔间裂纹的有效贯通及有效控制破碎块度大小，炮孔间距不宜大于700 mm、光爆层厚度不宜小于500 mm且不宜大于700 mm；当药型罩为PVC的椭圆双极线性聚能药包装药结构，炮孔直径为42 mm时，聚能光爆层最优爆破方案为“炮孔间距为700 mm，光爆层厚度为600 mm”。研究结果为类似工程光面爆破周边眼参数的设计提供参考。     

爆炸荷载下含预裂缝的裂纹扩展实验研究

预裂爆破技术目前广泛应用于爆破工程中,为了探究预裂爆破形成的预裂缝对爆生裂纹和原生裂纹动态断裂特性的影响,基于数字激光动态焦散线实验开展了一系列研究,获得了裂纹扩展的时实动力学参数。研究结果表明:预裂爆破形成的预裂缝可以阻挡爆生裂纹向保留岩体内扩展,加大被爆岩体的损伤;其两端产生的翼裂纹向保留岩体扩展,且扩展长度随着预裂缝长度的增加而增大;长度较短的预裂缝(L=20~80 mm),对保留岩体内原生裂纹扩展有促进作用,只有当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),才会对保留岩体内原生裂纹扩展有抑制作用,预裂缝A长度L=100 mm时,其B裂纹扩展长度为无预裂缝A模型时的21%,Bz和By扩展速度均值为无预裂缝A时的0和64.8%;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端翼裂纹的起裂时间随着预裂缝长度增加而增加,当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),迎爆侧翼裂纹没有起裂,By起裂时间推迟到和无预裂缝时一样的150 μs;原生裂纹迎爆侧翼裂纹断裂韧度小于背爆侧断裂韧度;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端起裂韧度均小于无预裂缝时的起裂韧度,且随着预裂缝长度增加迎爆侧翼裂纹起裂韧度降低;原生裂纹两端应力强度因子峰值随着预裂缝长度增加而减小。     

爆破作用下预制共线裂纹的扩展机理研究

为了研究爆破作用下裂纹的扩展规律,从而进一步指导裂隙发育岩体爆破设计。试验运用深部岩石三轴动静载荷实验系统对含有预制裂纹的混凝土试件逐一加载,得到混凝土试件抗压强度;并采用高速摄像机对试件中裂纹起裂拓展过程进行全程拍摄,与加载曲线对照,得到裂纹起裂时垂向初始压力。研究表明:在一定范围内,试件所受围压越大,其裂纹起裂时所需压力越大;次裂纹的存在会使得主裂纹端部更容易在外力作用下起裂,且主裂纹内侧端部所受影响要大于外侧端部,这种影响程度的大小与次裂纹长度、裂纹间距等因素有关;围压越小、裂纹夹角越大、次裂纹长度越大、裂纹间距越小,主裂纹端部越容易起裂。