轴向静载对红砂岩中应力波传播特性的影响试验研究

由于开挖卸荷效应以及原岩应力的复杂性,围岩体承受的静应力大小具有动态变化特点。为了研究静应力大小对岩石应力波传播的影响,利用动静组合加载试验装置,对红砂岩长试件进行小扰动的应力波传播试验,试件轴向静应力分别设置为13个等级。通过应力波传播速度和幅值随传播距离、传播时间以及静应力的衰减规律,研究不同静应力条件下应力波的传播衰减特性。结果表明,相同轴压下,不同测点处应力波形状基本相同;不同轴压下,相同测点处应力形状变化较大,轴压越大,应力波尾部出现的拉伸波越大。随着轴向静应力的增加,岩石纵波波速呈"快速增加–平缓发展–急剧减小"的趋势,轴向静应力与单轴抗压强度之比?s/?c=30%和?s/?c=55%是其2个应力分界点。相同轴压下,应力波幅值随传播距离及传播时间都具有良好的指数关系;随着轴压的增加,空间和时间响应强度逐渐减小,幅值空间衰减系数和时间衰减系数呈"快速减小–平稳发展–急剧增大"的趋势。随轴压增加,相同测点处幅值随轴压衰减系数??s先减小后增大,离冲击端越近测点处的??s变化越敏感。     

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Bukit Timah 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η和不同应力范围的衰减指数α。     

基于PZT波传播法的混凝土内部钢筋锈蚀监测方法

为有效监测钢筋混凝土结构内部钢筋的锈蚀,提出了基于压电陶瓷(PZT)波传播法的钢筋锈蚀监测方法.首先,基于PZT波传播法对变形钢筋进行了试验研究及数值模拟,找出了应力波在无锈蚀钢筋中的传播衰减规律;然后,设计制作了18个钢筋混凝土试件,在埋入每个试件中的钢筋表面相同位置粘贴PZT激励器/传感器;最后,对试件进行电化学快速锈蚀,并在试件锈蚀过程中,对其进行PZT测试,来追踪锈蚀对应力波传播特性的影响.结果表明:钢筋锈蚀严重影响应力波的传播衰减规律,传感器接收到的信号幅值与钢筋锈蚀率之间呈二次函数的关系.     

中尺度复杂岩体应力波传播特性的微震试验研究

采用全数字型多通道微震监测系统,对深部复杂采空区岩体和上部露天台阶絮渣岩体分别进行了现场爆破应力波传播特性试验,利用P波触发时间和传播距离组成的离散点进行线性拟合,得出应力波传播速度,结果显示深部复杂采空区岩体和上部絮渣岩体明显出现两个层状速度模型。利用应力波振幅和传播距离组成的离散点进行曲线拟合,并对应力波信号进行频谱分析和滤波处理,研究应力波的衰减特性。试验结果表明,应力波振幅随传播距离的增加而减小,且在数值上呈乘幂衰减;应力波衰减系数和应力波频率成正比,数值上呈三次多项式关系,高频成分应力波衰减更加明显。利用试验数据,分别计算出深部复杂采空区岩体和上部絮渣岩体的平均品质因子,计算结果分别为4.055和2.478,两者远小于一般原岩的岩体品质因子,说明复杂采空区和絮渣的存在对应力波的传播有很大影响。     

沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土动态特性影响数值模拟

沙漠砂混凝土动态特性非常复杂。将沙漠砂混凝土看作水泥砂浆和粗骨料组成二相复合材料,利用ANSYS/LS-DYNA对试件尺寸、沙漠砂替代率和粗骨料体积含量不同沙漠砂混凝土动态破坏过程进行模拟,分析试件尺寸、沙漠砂替代率和粗骨料体积含量对沙漠砂混凝土动态特性影响规律,并对沙漠砂替代率不同沙漠砂混凝土动态破坏模式进行探讨。研究表明:随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势,沙漠砂替代率20%时,沙漠砂混凝土峰值应力达到最大;随着试件尺寸增大,沙漠砂混凝土峰值应力逐渐减小;保持沙漠砂替代率和试件尺寸不变,随着粗骨料体积含量增加,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势。     

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。     

重复爆炸条件下地冲击效应试验研究

 为探索常规武器重复打击下岩石介质中压力波及正压作用时间随传播距离的增加而衰减的规律，进行岩石介质中不同比例装药和比例距离的一次钻孔爆炸和重复钻孔爆炸试验。试验结果表明：在相同试验条件下，相同测点处一次钻孔爆炸所产生的峰值压力和正压作用时间要小于二次钻孔爆炸，其衰减速度要低于二次钻孔爆炸，但其衰减趋势均符合岩石介质中压力波衰减规律。对试验结果进行分析，给出峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而衰减的关系曲线，并拟合得出相应的经验公式，揭示峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而呈指数衰减的规律。     

重复爆炸条件下地冲击效应试验研究

为探索常规武器重复打击下岩石介质中压力波及正压作用时间随传播距离的增加而衰减的规律,进行岩石介质中不同比例装药和比例距离的一次钻孔爆炸和重复钻孔爆炸试验。试验结果表明：在相同试验条件下,相同测点处一次钻孔爆炸所产生的峰值压力和正压作用时间要小于二次钻孔爆炸,其衰减速度要低于二次钻孔爆炸,但其衰减趋势均符合岩石介质中压力波衰减规律。对试验结果进行分析,给出峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而衰减的关系曲线,并拟合得出相应的经验公式,揭示峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而呈指数衰减的规律。     

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。     

非线性法向变形节理对岩体电磁辐射传播 的影响研究

 为了明确非线性节理对岩体电磁辐射传播过程中强度的影响,从压电效应机制出发,给出含石英等压电介质岩体在应力波作用下所产生的电磁波与入射应力波之间的关系。并依据两者之间的关系及应力波在非线性节理面的透反射解,获得应力波作用下岩体电磁辐射强度变化与节理参数之间的关系表达式。同时,研究节理的变形和入射波频率对电磁辐射强度的影响。结果表明,在震源中心,电磁辐射强度最大,随传播距离发生衰减。电磁辐射强度随节理变形增大而增大;并且随着传播距离的增大,高频电磁信号衰减比低频信号衰减要快得多。     

岩体单孔及群孔齐发爆破爆炸荷载数值分析

采用广东岭澳核电站现场岩体的力学特性和基岩爆破参数,利用高能炸药的状态方程模拟岩石乳化炸药的爆炸过程,并假定岩石在爆炸产生的高应变率和高压环境下符合率相关的弹塑性本构关系,由此利用显式动力分析方法模拟单孔柱状装药和群孔齐发爆破柱状装药情况下的岩体爆炸应力波的传播过程,分析岩体爆炸粉碎区边界峰值应力的变化情况和衰减特征,并与相关理论公式进行比较,得到单孔和群孔齐发爆破情况下岩体爆炸荷载随装药量的变化规律。研究结果表明,爆源近区岩体爆炸冲击波压力急剧衰减;岩体爆炸峰值应力随装药量增加而增加;拉应力随药量的增长幅度远比压应力小;单孔药量的变化对岩体爆炸荷载的影响大于最大段药量的影响。工程实践中采用多爆孔小药量的爆破方式能有效减小岩体动态响应。     

无碴轨列车引起的竖向振动在土体中的传播研究

城市轨道交通和高速铁路的发展,加剧了列车运行引起的环境振动。该文对CRTSI型板式无碴轨列车运行引起的竖向振动进行了研究,基于有限元模型分析了竖向振动在土体中传播规律。竖向振动的频率集中在10～120Hz之间,它和主频、振级都随着距离振源距离的增大不断减小,并且随振动的不断传播,高频成分迅速衰减;竖向加速度峰值随着深度的增加有减小的趋势,加速度峰值衰减的幅度在距离轨道较近时更加明显。     

不同胞孔泡沫铝对爆炸冲击波的衰减研究

运用LS_DYNA对三种不同胞孔形状的泡沫铝在爆炸载荷作用下冲击波的衰减规律进行数值模拟研究,得到了不同位置的应力波形曲线,表明冲击波应力随传播距离的增加,应力波峰值迅速衰减,且应力峰值随传播距离呈指数规律变化,但闭孔泡沫铝衰减冲击波性能要优于开孔泡沫铝,爆炸冲击波的传播速度随时间增加呈线性衰减。     

大理岩对多次冲击波的非线性动态响应

 利用霍普金森压杆装置对干燥和水饱和大理岩进行多次冲击波在长杆岩石试件中传播的实验研究。结果表明,冲击动态模量随应变或应力的改变而不断地变化。对于干燥大理岩,当冲击应力小于屈服强度时,随应力波传播时间或距离的拉长,模量表现为降低;并且,由于卸载模量大于加载模量,导致卸载波不断追赶加载波,使应力波形由宽变窄,应力波幅不断衰减。随着冲击次数的增加,实验显示出干燥岩石的模量增大,应力波形变窄,弥散效应减弱,衰减幅值减小,残余应变也随之减小的冲击压实效应。对于饱水大理岩,当冲击应力大于屈服强度时,其模量、应力波形特征均与干燥大理岩的冲击结果相类似;随着冲击次数的增加,饱水大理岩出现波形拉长散开,后沿缓波更显著,应力–应变曲线的模量降低,残余应变增大,这与干燥大理岩正好相反。这是因为超过屈服点的冲击导致饱水大理岩的裂纹扩展和新裂纹的生成,引起体积膨胀,模量下降。这些实验结果对大型工程尤其是防护工程的设计和施工是有现实意义的。     

宁杭城际铁路列车运行引起的地面振动现场测试

对宁杭城际铁路列车运行引起的高架桥段地面振动竖向加速度进行了现场测试,分析了振动特征及其传播的衰减规律,结果表明:地面振动峰值速度和加速度随着离高架桥距离的增大而减小,20 m以内时地面振动衰减幅度较大;地面振动峰值随列车时速的提高而增大;靠近桥墩处的地表振动主要是由列车周期性的轮轴力作用而激发,远离桥墩处的地表振动主要是从靠近桥墩处的地表振动波传播而来,受轮轴力作用的影响程度轻。     

应力波在一维节理岩体中传播规律的 试验研究与数值模拟

 在测定撞击载荷形式的基础上,通过试验研究应力波在一维节理岩体中的传播规律。分析完整岩体中各质点的振动形式以及不同形式的撞击载荷下对质点振动的影响,在完整岩体中质点的振动形式很有规律,其振动频率单一,且与一维岩柱的长度有关;分析结构面附近质点的振动特征,试验结果表明结构面附近质点振动有增强现象;还分析结构面组数对应力波传播衰减规律的影响,随着结构面组数的增加,质点振动衰减便快,应力波随距离的衰减也很明显。在块体离散元的基础上,研究多尺度离散元模型,并用它来模拟应力波在节理岩体中的传播规律,取得较好的效果,说明块体离散元适合模拟岩体中应力波的传播衰减规律。     

应力波在各向异性介质中传播及损伤数值模拟

基于COMSOL的相场损伤对应力波在各向异性岩层中的传播和所造成的损伤进行数值模拟研究，使用无限元边界来避免固定边界下应力波反射造成的影响，通过对爆破孔孔间距以及孔心连线的转角进行参数化扫描以研究二者对应力波传播和损伤演化的影响。最终得到应力波传播和损伤演化云图，以及应力时程曲线和破坏区面积(损伤>0.9)变化曲线并得到以下结论：应力波在弹性模量更小的方向应力幅值较高；轴线转角减小会延迟中心处应力波第一个波峰的时间，且峰值应力减小；孔间距减小会导致更大的峰值应力和更明显的叠加效应，但会导致破碎区面积的减小。     

岩体单孔及群孔齐发爆破爆炸荷载数值分析

 采用广东岭澳核电站现场岩体的力学特性和基岩爆破参数，利用高能炸药的状态方程模拟岩石乳化炸药的爆炸过程，并假定岩石在爆炸产生的高应变率和高压环境下符合率相关的弹塑性本构关系，由此利用显式动力分析方法模拟单孔柱状装药和群孔齐发爆破柱状装药情况下的岩体爆炸应力波的传播过程，分析岩体爆炸粉碎区边界峰值应力的变化情况和衰减特征，并与相关理论公式进行比较，得到单孔和群孔齐发爆破情况下岩体爆炸荷载随装药量的变化规律。研究结果表明，爆源近区岩体爆炸冲击波压力急剧衰减；岩体爆炸峰值应力随装药量增加而增加；拉应力随药量的增长幅度远比压应力小；单孔药量的变化对岩体爆炸荷载的影响大于最大段药量的影响。工程实践中采用多爆孔小药量的爆破方式能有效减小岩体动态响应。     

浆骨比对混凝土梁声发射信号的影响

为研究弹性波在不同浆骨比混凝土内部传播的衰减特性,设计了3组不同浆骨比混凝土梁,提取模拟断铅声发射信号,进行声发射信号特征参数分析及频谱分析。结果表明：3组试件的幅值、能量、信号强度均会随传播距离的增加而呈现指数函数衰减,且衰减系数b因浆骨比的提高均有所下降;能量参数对于浆骨比变化的敏感程度最大,信号强度和幅值依次降低;随着浆骨比的提高,在Sensor1~#～Sensor3~#的峰值频率衰减程度呈现出逐渐递减的趋势。     

孔深影响爆炸应力波特性的数值分析

炮孔深度（装药长度）是影响岩体中爆炸应力波特性的因素之一。利用所编制的有限差分程序SMMIC计算了单自由面条件下，垂直炮孔爆炸应力波的传播过程。计算表明，炮孔深度（装药长度）增大，爆炸应力波峰值随距离的衰减指数减小。在算例中，4m和2m也深的爆炸应力波峰值随距离的衰减指数分别为1．35和1．56。