Non-complete relief method for measuring surface stresses in surrounding rocks

The measurement of surface stresses in surrounding rocks with the use of a relief method of annular hole-drilling was studied by numerical analysis. The stress relief process by hole-drilling was then simulated with the use of finite element method. The influences of the borehole diameter（d）, the initial stresses and the ratio of the initial principle stresses on the variations of the remained stress and the released stress in function of the relief depth（h） were discussed. The relation between the non-dimensional ratio of the released principle strains and that of the initial principle stresses, and the effect of the elastic modulus and the Poisson ratio of the rock mass on the stress relief curves were studied. The results show that the stress relief behavior formulated with the non-dimensional ratio of the released stress and the ratio of h/d is only sensitive to the ratio of the initial principle stresses and the Poisson ratio. The stresses are completely released when h equals 1.6d, and the tensile stresses take place on the bore core surface in the relief measurement process. Finally, a non-complete relief method of annular hole-drilling for measuring surface stress in surrounding rocks is proposed and the procedure is presented.     

帘线/橡胶复合材料帘线抽出力学行为的有限元模拟

采用有限元方法对帘线/橡胶复合材料的帘线抽出力学行为进行模拟.结果表明,帘线H抽出力的有限元方法计算结果与试验结果有较好的一致性;帘线的H抽出力和轴向应力均随基体半径和帘线埋入深度的增大而增大,基体半径和帘线埋入深度越小,抽出力学行为变化幅度越增大;埋入深度的影响大于基体半径;界面剪切应力在帘线埋入上、下端点处有突变现象.     

高压脉冲作用下岩石的击穿特性与物理力学参数关系试验研究

高压脉冲提供了一种非常具有应用前景的新型破岩技术。为了研究高压脉冲作用下岩石的击穿破裂特性,并掌握击穿场强与物理力学参数之间的关系,开展了不同岩性岩石的电击穿试验。借助扫描电子显微镜分析了高压脉冲击穿后岩石的微观破裂机制,比较了不同岩性岩石在刚好击穿时的破裂模式,研究了岩石物理力学参数对击穿场强的影响。微观分析结果表明:等离子体通道附近区域呈现高温灼烧特征,晶粒表面光滑且出现孔洞;冲击波作用下裂纹区主要为沿晶断裂和穿晶断裂;过渡区则表现出高温和冲击波共同作用的特征。此外,岩石的击穿场强与密度、波速、弹性模量之间的相关性较弱;而与抗压强度及抗拉强度之间具备一定的量化关系,击穿场强随着抗压强度和抗拉强度的增大呈指数型增长。     

红砂岩受高压电脉冲击穿作用下的破裂行为试验研究

高压脉冲放电破岩具有绿色环保、能量可控的特色,是一种应用前景广阔的新兴岩石破碎技术。通过电击穿试验分析了高压脉冲作用下红砂岩的破裂机制,研究了不同试件尺寸和放电电压下红砂岩的破裂模式及破裂程度。结果表明：高温和冲击波是导致试件破裂的内在机制。高压电脉冲作用下,红砂岩在电极附近由于等离子通道贯通后的迅速膨胀作用形成击穿区,损伤最为严重。击穿区外侧受冲击波的影响出现径向裂纹,冲击波强度足够时可继续诱发试件边界附近出现剥落裂纹。击穿区、径向裂纹及剥落裂纹的形成与试件的尺寸和放电电压密切相关。采用裂纹密度和分形维数两个指标量化分析了高压脉冲作用后试件的破裂程度。随着试件尺寸增加,试件由块状破碎转变成穿孔破坏模式,试件的裂纹密度、裂纹的复杂程度以及分形维数呈现出降低趋势。随着放电电压的增加,试件由穿孔破坏模式转变成块状破碎,其裂纹密度、裂纹的复杂程度和分形维数呈现增加趋势。     

短纤维层间增韧的三维有限元分析

层间短纤维强韧化是复合材料层合板层间增韧的有效途径之一。采用三维非线性有限元方法分析了层间短纤维强韧化复合材料层合板的分层扩展问题,探讨其影响因素。以混合模式下通用裂纹扩展的能量准则作为分层扩展判据,通过虚拟裂纹闭合技术计算分层尖端能量释放率。用节点双编号和单元生死技术模拟分层扩展。采用弹簧单元模拟层间短纤维作用,通过改变弹簧刚度修正短纤维桥联力。采用GAP元处理分层区的接触非线性问题。分析了分层区桥联力对层间应力场、位移场以及分层扩展的影响。研究结果表明,层间短纤维有效延缓了分层扩展,增韧效果明显。     

电爆炸破碎岩石类脆性材料实验方法与应用

炸药使用受到严格管控,限制了岩石等脆性材料在爆炸动载荷下破坏机理的研究。为了建立安全有效模拟炸药爆炸动载荷的实验手段,进而深入精细开展岩石等脆性材料在爆炸冲击载荷作用下的破坏机理等研究,提出了利用金属丝电爆炸模拟炸药爆炸进行破碎岩石与脆性材料的实验方法。设计并开展了金属丝电爆炸模拟球状药包和柱状药包破碎水泥砂浆试件实验,论述了试件模型的制作方法与实验流程。采用高速相机拍摄试件表面裂纹的形成与扩展过程,采用罗氏线圈测量金属丝电爆炸过程电流。研究了充电电压对试件破坏过程与破坏效果的影响,对比分析了电爆炸载荷与炸药爆炸载荷的异同点,以及金属丝电爆炸实验方法的优势。结果表明:随着充电电压升高,金属丝电爆炸的峰值电流越大,但是上升沿时间不变;金属丝电爆炸可有效破碎岩石类脆性材料,是模拟炸药爆炸破碎岩石类脆性材料的有效方法,具有安全、无污染、能量可控、使用方便、可重复性高等优势;在模拟球状药包与柱状药包爆破实验中,随着电压逐渐增大,试件表面裂纹出现的时间越早、数量越多,破碎块度越小;与炸药爆炸相比,金属丝电爆炸以冲击波作用为主,气体的作用可忽略不计;在电压为50 k V(能量5.0 k J)条件下...     

不同温度条件下硫化橡胶拉伸特性的研究

通过对一种硫化橡胶在变温条件下进行的单轴拉伸实验,考察了硫化橡胶在变温、大变形条件下的力学特性．结果表明：在低温范围（30～60℃）内拉伸比加大时,应力下降较大;在高温范围（120～160℃）内拉伸比加大后,应力下降则不明显．同时,经过数学拟合,确定了不同温度下Mooney-Rivlin方程中的2个重要参数C1和C2．随着温度的升高,C1和C2呈现出相反的变化趋势．     

红透山铜矿微震监测系统的建立及应用研究

针对红透山铜矿岩爆等地压灾害频发现状,建立深部地压微震监测系统,对微震活动性与采矿活动之间的关系、微震事件的空间活动规律进行了分析,并采用累积视体积和能量指数对大尺度岩体破裂进行了预测研究.采用人工定位爆破的定位结果表明:微震监测系统的定位误差小于10m,能够满足矿山微震监测的需要.微震活动性主要分为2个平静期和3个活跃期.并呈现逐步下降趋势,微震活动性呈现主震——余震型模式.大尺度岩体破裂前存在孕育期和预警期,能量指数快速下降,累积视体积持续增长,可以看作岩爆和大尺度岩体破裂发生的前兆.通过能量指数和位移分布云图,可以对岩体发生灾害的潜在危险区域进行判断,指导矿山进行重点防护管理,保证安全生产.     

混凝土梁内现存应力钻孔释放过程数值模拟

本文采用基于Lagrangian理论的三维线性有限单元方法模拟了预应力混凝土内现存应力的钻孔法释放过程.通过外加载荷应力场模拟现存应力,用应力释放率描述释放规律,用单元生死技术模拟钻孔过程,研究了局部应力状态及应力水平、钻孔直径、钻孔间距等因素对弹性应力释放规律的影响.结果表明:应力释放值依赖于应力初值、钻孔直径和深度;完全释放深度随孔径增大而增大,但与应力初值无关;而用应力释放率和相对钻进深度(h/d)描述的释放曲线不受钻孔直径、释放区域的应力状态和初值变化的影响,具有广泛适用性.最后,通过试验验证了本文计算结果的正确性.     

弹性膜盘联轴器盘面曲线的设计与有限元分析

针对膜盘联轴器高转速、高扭矩的工作状态,给出在扭矩作用下,盘面断面的近似等强度曲线.根据联轴器在工作状态时的变形特点,并结合其固有频率,推导联轴器最薄处的厚度.