压剪型危岩破坏弹冲动力参数研究

危岩崩塌具有突发性,属于能量快速释放的动力学过程。针对压剪型危岩,提出了压剪型危岩破坏力学模型,建立主控结构面锁固段切向抗力和剪切位移本构方程;发现危岩动力失稳瞬间系统的临滑聚能将释放并转换为危岩崩落动能,推导建立了危岩主控结构面锁固段断裂扩展所需耗能的计算公式,得到危岩临滑聚能和临滑释放能量随剪切位移增大的演化曲线,据此提出危岩突发性破坏后崩塌体弹冲速度和弹冲加速度计算公式。研究成果为进一步分析危岩崩落机制及致灾效应具有一定参考借鉴作用。     

危岩破坏激振信号局部和细节信息特征

危岩属于一种突发性地质灾害,危岩破坏会突然释放能量,以激振波的形式向邻近危岩块传递,劣化相邻危岩体的稳定性。通过坠落式危岩破坏激振效应模型试验,对采集的激振信号进行小波滤噪处理,选取模型试验第25~35 ms共10 ms时间段的激振信号,作为分析激振信号局部和细节信息特征的基础数据。分析结果表明,实验条件下分析时段内,危岩破坏激振信号局部信息存在周期性,激振信号在水平方向存在8~9个激振峰,周期1.0~1.4 ms,在竖直方向存在3~4个激振峰,周期2.2~3.0 ms;测点与激振源之间的距离影响着激振信号的峰值强度,距离越近,峰值强度越大;危岩块之间界面的完整性对激振信号出现频率和峰值强度都有显著影响,激振信号穿过不完整的界面后激振信号主峰存在一定滞后性,实验条件下滞后时间10 ms左右;危岩破坏激振信号的局部和细节信息基本都在细节系数中予以体现,尤其是主频率主要位于d3~d7所对应的中频细节信息内。研究成果对于进一步实施危岩破坏激振效应的相似模型试验具有积极意义。     

危岩聚集体破坏振动方程研究

针对高陡岩石边坡表面危岩聚集体破坏易于出现激振链式崩落的实际情况,将危岩聚集体竖向裂隙未贯通部分概化为棱柱体。采用波动理论方法推导建立了危岩破坏激振波作用下危岩聚集体破坏振动力学模型,运用特征法求解得到了危岩聚集体质点振动方程、位移方程、应力方程及振动速度方程。通过室内模型试验对理论模型进行了验证,误差仅为6.12%。研究成果对于深入开展群发性危岩破坏机理研究有积极意义。     

危岩破坏激振信号概率统计特征研究

具有复杂成生关系的危岩块聚集体是孕发大型及特大型崩塌灾害的基本条件,聚集体内任何一个危岩块的突发性破坏均会释放能量,并向周围传播,产生激振效应,可用激振加速度表征危岩破坏激振信号。针对坠落式危岩,通过室内模型试验,分析了实验条件下危岩破坏激振信号的概率统计特征。分析结果表明,危岩破坏所释放的能量具有点荷载特征,激振信号具有一定的自相关性;激振信号的概率密度呈现单峰型近似正态分布,概率密度水平方向的峰值强度大于竖直方向的峰值强度;危岩破坏瞬间,距离激振源越近,激振信号的均值、有效值和标准差数值越大,且竖直方向的量值大于水平方向的量值;危岩块之间界面的完整性影响着激振信号的传递效果,完整性越好,激振信号的统计特征值及概率密度峰值越大,激振信号衰减用时越长。研究成果对于实施考虑相似条件下危岩破坏激振效应实验研究有积极意义。     

滑移式危岩体爆破振动动力稳定性研究

为了研究爆破振动作用下滑移式危岩体的动力稳定性,以白岩山隧道工程的爆破振动信号为基础,提出滑移式危岩体爆破振动加速度以及受爆破振动作用影响的危岩体稳定性安全系数计算方法。根据现场危岩区调查结果,基于时程分析法并通过Matlab计算,得到危岩体爆破振动加速度和危岩体稳定性安全系数时程曲线。结果表明:综合考虑爆破地震波传播过程中的衰减、危岩区频率特性、危岩尺寸以及时间效应等因素的影响,得出的加速度时程曲线和实测的数据基本吻合,计算出的稳定性安全系数符合工程实际,可为类似工程区危岩体稳定安全提供一定的参考。     

危岩破坏激振信号频域特征研究

危岩破坏激振效应是危岩聚集体连锁破坏的主要影响因素。针对坠落式危岩,进行室内模型试验,对实验结果分析表明,可以采用相干系数分析法判别危岩破坏激振信号质量的有效性,实验量测到的危岩破坏激振信号均处于a3(0~1 250 Hz)频率带内,采用db8(3层)小波处理方法获得了激振信号小波分解系数时程变化曲线,据此通过Fourier变换,获得其频谱图;危岩破坏激振信号总体呈现衰减趋势,但衰减过程中分别在900 Hz、1 100 Hz和1 500 Hz频率处出现三个峰值;测点与激振源之间的距离越小,激振加速度越大,且竖直方向的量值均大于水平方向的量值;危岩块之间界面完整性越好,越利于激振信号的传递,竖直方向衰减率高于水平方向衰减率。研究成果对于科学揭示群发性危岩破坏机制具有积极意义。     

层理面对水压爆破应力波传播规律的影响

水压爆破应力波的传播过程决定了爆破的作用效果及影响范围,层状岩体中的层理面特征对水压爆破应力波的传播路径及衰减具有直接影响.为明确水压爆破应力波在层状岩体内的传播规律及影响因素,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了层理面位置及其介质属性对水压爆破应力波传播的影响规律.结果表明:水压爆破相对于常规爆破产生的初始应力...     

非均质含裂隙岩体预裂爆破成缝的理论分析

本文分析了预裂爆破时爆炸应力波与介质中的有限长裂隙、贯穿裂隙的相互作用过程;探讨了岩体中的结构弱面对爆炸应力波传播的影响;阑述了含裂隙岩体预裂成缝机理。     

纤维增强复合板中声弹Lamb波的波结构分析

基于线性三维弹性理论和“增量变形力学”理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了在水平和垂直方向施加初应力时,沿纤维增强复合板的非主对称轴方向传播的声弹Lamb波的波动方程,并对波动方程进行数值求解。为了验证方法的准确性,将该文方法求解的各向同性材料的相速度频散曲线与Disperse?软件的计算结果进行比较,两者吻合良好。以单层单向纤维增强复合材料板为例,计算了无初应力状态下的波结构应力曲线,并与应力自由边界初始条件的一致性进行了比较。研究了水平和垂直方向初应力效应对Lamb波频散曲线的影响。针对声弹效应较为敏感的Lamb波A₀模态,着重分析了初应力效应对波结构位移分布曲线的影响。     

基于时程分析的滑塌式危岩清除爆破动力稳定性计算方法

针对滑塌式危岩清除爆破问题,通过爆破峰值速度衰减规律及危岩体力学特性,建立了滑塌式危岩动力物理模型及动力计算模型;通过欧拉方程确定危岩体内任一位置的爆破动应力,提出一种简化方法确定了爆破等效荷载,并对等效荷载进行动力时程修正,结合极限平衡方法得到危岩体任一时刻的稳定性系数,最终建立了滑塌式危岩动力计算方法。以重庆市望霞W2-1危岩体为例,作危岩稳定性系数时程曲线进行时程分析,分析结果表明,爆破动力作用致使稳定性系数降低2.86%,加剧了危岩体的危险性,爆破动力对危岩体的作用时间在0.45 s左右,与现场监测数据基本吻合,可为危岩动力稳定性计算评价及优化危岩爆破清除设计提供理论依据。     

Fracture dynamics of rock

A concept of fracture dynamics of rock is introduced, three aspects of fracture being discussed, namely: stability of fracture propagation, terminal fracture velocity and dynamic stresses created by a propagating crack.Work related to this new field of research is reviewed and theoretical and experimental studies on rock are reported. The practical significance of the fracture dynamics concept in rock mechanics is outlined.

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Zusammenfassung Der Begriff der Bruchdynamik von Gesteinen wild eingeführt, wobei drei Erscheinungen des Bruchvorganges diskutiert werden, und zwar: Stabilitat der Bruchfortpflanzung, Grenzgeschwindigkeit der Bruchfort pflan zung and dynamische Spannungen, die durch einen sich fortpflanzenden Bruch erzeugt werden.Die für dieses neue Forschungsgebied einschlägige Literatur wild besprochen und theoretische und experimentelle Untersuchungen an Gestein werden dargelegt. Die praktische Bedeutung des Begriffes der Bruchdynamik für die Gebirgsmechanik wild erlautert.

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Résumé L'idée de la dynamique de rupture dans la roche est introduite; trois aspects des ruptures sont examinés, à savoir: la stabilité de la propagation de la rupture, la vitesse finale de la rupture, et les contraintes dynamiques créées pal une rupture qui est propagé.Un compte-rendu est fait sur les travaux executés dans ce domaine nouveau de recherche, et les études théoriques et les expériences pratiques sont passées en revue. L'importance pratique de l'idée de la dynamique de la rupture dans le domaine de la mécanique des roches est donnée.

     

灰岩矿爆破开采岩粉成因及其控制研究

为了控制石灰石生产加工过程中岩粉的产生及分析其成因,利用邦德功指数和研磨性分析了石灰岩的主要特性,结合灰岩粉的主要来源,提出了针对性的岩粉控制措施,并通过灰岩矿爆破试验进行了验证.研究结果表明:石灰石相较于其他岩石更易产生岩粉,其主要来自于爆破形成的粉碎区,机械破碎中的矿石整形,钻孔岩屑及软弱夹层;通过优化爆破破碎过程,采用空气间隔不耦合装药、现场混装装药和合理优化爆破参数等方式,可以控制粉碎区大小,使爆破级配更为均匀,从而减少爆破岩粉.     

灰岩矿爆破开采岩粉成因及其控制研究

为了控制石灰石生产加工过程中岩粉的产生及分析其成因,利用邦德功指数和研磨性分析了石灰岩的主要特性,结合灰岩粉的主要来源,提出了针对性的岩粉控制措施,并通过灰岩矿爆破试验进行了验证。研究结果表明:石灰石相较于其他岩石更易产生岩粉,其主要来自于爆破形成的粉碎区,机械破碎中的矿石整形,钻孔岩屑及软弱夹层;通过优化爆破破碎过程,采用空气间隔不耦合装药、现场混装装药和合理优化爆破参数等方式,可以控制粉碎区大小,使爆破级配更为均匀,从而减少爆破岩粉。     

Temperature conditions of rock excavation

Heat exchange is considered between ventilating air and mining rocks in the case of variable air temperature at the rock excavation entrance. Formulas are given for the temperature of the ventilating air according to the extent of exploitation.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 31, No. 2, pp. 339–346, August, 1976.     

Microcrack-dependent fracture of damaged rock

This paper is concerned with theoretical and experimental estimations of fracture-load degradation due to an increase of damage within a rock. The physical interpretation of this increase will involve a change in length of the process zone and a reduction in modulus. A linear cohesive-zone model of the type introduced by Dugdale and Barenblatt is formulated for large-scale yielding in a geometric sense to demonstrate the effect of microcracking on the critical load of a stationary crack. Experiments with a limestone in the chevron-notched, round beam geometry are conducted at elevated temperatures up to 150°C to evaluate the fracture load as a function of damage. When a material such as rock is heated slowly and uniformly, intergranular thermal stresses develop independent from a temperature gradient because of the local nonhomogeneity or anisotropy of the matrix. With the assumption of brittle behavior, thermal microcracking is shown to contribute to the degradation of the fracture load, as measured by the toughness, mainly through a reduction in modulus. Preliminary results indicate, however, that the energy dissipated in fracturing the damaged rock actually increases.     

Efficiency of a percussive rock drilling process with consideration of wave energy radiation into the rock

The efficiency of churn drilling was studied with consideration of wave energy radiation into the rock. In this percussive drilling process, a hammer with cutters on its front subjects the rock to direct impact. A 3D elastic finite element model was used for the hammer and the rock, with a nonlinear force versus penetration relationship representing the rock crushing process. Two rock models with the same crushing properties were employed: (i) one perfectly rigid and (ii) one linearly elastic, representing Westerly Granite. Under favourable drilling conditions, with efficiencies higher than 60%, the elastic response of the rock significantly influences the efficiency of the drilling process. However, the radiation of wave energy into the rock, less than 3% of the impact energy, does not play an important role. Under unfavourable drilling conditions, with efficiencies lower than 40%, the elastic response of the rock does not significantly influence the efficiency of the drilling process even though the energy radiated into the rock is greater than 5% of the impact energy.