应力波传播及岩土动态响应研究

针对侧爆应力波在围岩中的传播及巷道动态响应研究问题,采用FLAC~(3D)软件对巷道围岩中的应力波传播进行了监测,并对巷道的振动速度和位移进行了分析。结果表明:在爆炸动载作用后,巷道围岩中的应力波在巷道周围产生了绕射现象,巷道周围的应力集中区呈"C"型分布,巷道右帮和拱顶的振动速度和位移较大,其变化规律在一定程度上反映了应力波作用下的应力集中区分布。研究结果与现有文献试验研究结果相吻合,验证了数值模拟结果的可靠性。     

基于爆破振动效应的巷道稳定性研究

针对爆破应力波产生的巷道围岩振动破坏问题,基于弹性波理论,建立了弹性空间体中质点振动模型。利用金山店铁矿爆破振动监测数据,计算并分析了爆破应力波作用下的巷道围岩质点位移及振动速度波形特征,研究了单次最大起爆药量和岩体弹性模量对岩体质点位移和振动速度波形的影响,同时分析了爆心距与围岩质点最大振动速度的关系。结果表明:岩体质点在爆破应力波作用下的位移呈正弦式衰减,振动速度呈余弦式衰减,波形上出现的正负交替现象表明岩体在爆破应力波的作用下处于交替拉压状态。围岩质点位移和振动速度峰值随着单次最大起爆药量的增大而增大;巷道岩体质点位移和振动速度峰值随着岩体弹性模量的减小逐渐增大,振动持续时间也相应增大。受采矿爆破影响,在爆心距小于10～15m范围内的巷道及支护体容易发生破坏。研究成果与现场试验结果相符,可为爆破应力波作用下巷道的支护设计及爆破控制提供依据。     

爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆动力响应特征研究

针对爆破动载下全长砂浆锚固玻璃钢锚杆损伤破坏问题,基于结构动力学,依据爆炸球面波理论建立全长砂浆锚固玻璃钢锚杆动力响应模型。根据金山店铁矿全长砂浆锚固玻璃钢锚杆支护参数和爆破振动监测数据,计算并分析爆破动载下锚杆轴向应力、剪切应力随时间的变化特征和分布规律;研究爆心距、单次最大起爆药量和围岩弹性模量对锚杆动力响应的影响。结果表明:爆破动载下锚杆轴向应力和剪切应力最大值随单次起爆药量的增加快速增大且随时间呈正弦式变化和衰减,但随爆心距的增加而快速降低;应力作用范围主要集中在锚杆孔口附近的锚固段内且随应力峰值的增大而增长,但随着围岩弹性模量的减小逐渐增大且剪切应力最大值逐渐向锚固段深处移动,表明全长锚固玻璃钢锚杆在爆破动载下发生杆体尾部的断裂破坏或锚杆与砂浆接触面的剪切破坏与围岩性质相关。     

爆破动载下岩石裂纹扩展影响因素的正交试验

针对爆破动载下巷道岩石裂纹扩展及岩体稳定性影响问题,以金山店铁矿岩石条件和爆破动载影响为依据,基于正交试验原理,选取初始裂纹各几何要素(裂纹长度、裂纹倾角、裂纹数量)、爆破动载和岩石力学参数为主控因素,设计18个不同的数值计算方案,并利用RFPA软件进行动力加载数值计算。通过不同方案下岩石裂纹扩展长度和声发射次数正交方差分析发现:各因素对裂纹扩展的影响不同,其中爆破动载大小对岩石裂纹扩展影响最大,其次是裂纹倾角、裂纹长度,最后是裂纹数量。此外,岩石力学参数对裂纹扩展也有一定影响,其中抗压强度对岩石裂纹扩展影响最大,而弹性模量及其它因素则影响较小。研究结果可以为采矿工程爆破控制及岩体稳定性评估提供一定理论依据。