单自由面锚固体单向加载破坏特征和 锚杆荷载规律研究

针对岩石与锚杆形成的锚固复合体,基于实验室单轴压缩实验结果,建立岩石试样单轴压缩数值模型,校验强度参数与塑性剪应变定量关系,确定应变软化力学参数;优化Flac3D中Pile结构单元预应力锚杆构建步骤,建立单自由面锚固体数值模型,剖析锚固体在单向加载条件下的内部破裂特征,揭示在加载全过程中的锚杆轴向荷载及弯矩变化规律。研究表明:由锚杆预应力产生的压应力区按椭球形分布,且压应力在锚固范围内具有双峰值特征;锚杆促使锚固体内部产生共轭剪切破坏带,且共轭剪切带与水平面夹角出现增大趋势,并在临空面浅部出现对称分布的次破裂面;杆体轴向荷载和弯矩分布均具有显著阶段特征;在峰前塑性应变阶段,杆体轴力和弯矩小幅增加,且均以靠近锚杆外锚固端的杆体为主;在峰后软化阶段,杆体轴力和弯矩显著增大,锚杆荷载特征由单纯轴向拉应变突变为拉、弯、剪综合受力状态,且靠近内锚固端杆体弯矩剧烈变化。     

不同位置空气间隔装药爆破减振和破碎效果试验

为探究空气间隔装药爆破技术中最优的空气间隔位置,在金堆城南露天矿爆破施工中,分别选取药包上部、中部、底部3种不同空气间隔位置进行爆破试验。利用TC-4850动态测振仪对爆破振动进行监测,通过Split-Desktop 3.0软件对爆破块度进行统计分析,结果表明:药包中部间隔装药爆破的减振和破碎效果优于上部和底部位置。并采用ANSYS/LS-DYNA对三种不同空气间隔位置的爆破进行数值模拟,模拟结果与现场试验结果相符。     

裂隙岩体精细化数值模型构建与爆破模拟

裂隙岩体爆破数值模拟过程中，裂隙分布模型的真实性，是影响数值模拟结果的关键因素之一，现有节理裂隙构建方法难以实现三维分布上的复杂表征或是实现操作过于繁杂。为探索在LS-DYNA软件中构建三维分布上真实、复杂表征的节理裂隙模型简单可行的操作方法，通过MATLAB软件对爆破数值模型K文件进行解析重组，按照节理裂隙三维分布规律进行勾勒并赋予节理裂隙材料本构，构建出符合节理裂隙分布规律的节理岩体三维精细化数值模型。以某露天石灰石矿山为实例，开展节理裂隙三维分布规律统计分析并在台阶爆破数值模型中进行还原，基于裂隙岩体精细化数值模型，开展露天台阶爆破数值模拟试验和现场爆破试验对比研究。结果表明：采用解析重组方法构建的数值节理模型与实际节理裂隙的误差小于13%;节理裂隙面使岩体内的损伤分布规律发生了变化，与完整岩体相比，损伤范围增加了12.04%,粒径处于0～100 mm的占比降低了8.11%;爆破模拟得到的损伤结果与现场破碎效果接近，统计粒径在0～100 mm之间的碎块的占比，误差为4.16%。解析重组法构建三维节理裂隙，可行、操作简便，数值模拟结果接近实际。     

基于GNSS的露天矿牙轮钻机钻孔导航定位模型与系统研究

从提高露天矿穿孔工艺质量角度出发,采用GNSS卫星导航定位方法,设计并开发出用于支持牙轮钻机钻孔作业的导航定位系统。介绍了系统的组成结构,重点阐述了支持钻头实时导航的平面定位模型和孔深定位模型,并讨论其具备的图形显示、信息管理、导航定位和质量评估四个核心功能。该系统可以为司机实时提供牙轮机钻头的三维空间位置,指导其钻孔作业全过程,不仅保证了爆破孔网参数的准确性和爆破效果,而且减轻人员工作强度,提高露天矿穿孔工作效率,提升数字矿山的信息化建设水平。     

层状板岩动力破坏特性数值试验研究

为研究层理面数和冲击载荷对层状板岩动力破坏特性影响,利用LS-DYNA有限元软件模拟了层状板岩试件在不同冲击速度下的SHPB实验,再现了SHPB实验过程中的加载波形和层状板岩试件的破坏过程,模拟结果与实验结果吻合度较好。研究结果表明:层状板岩试件的耗散能量随层理面数的增加而增加,双层、三层和四层板岩试件相比单层板岩试件耗散能量的增长分别为0.2%、0.4%和1.87%;试件破坏开始于端面周边,滞后于应力峰值,当冲击速度为6.5 m/s时,层状岩石试件以轴向劈裂破坏为主,冲击速度为12 m/s和20 m/s时试件的破坏模式为轴向劈裂破坏、径向剪破坏和端面拉压破坏的混合破坏。     

导爆管雷管孔内外微差爆破网络的研究

对用m＋1个段位的微差导爆管雷管组成n排孔、杂排m孔单孔单响的微差爆破网络的约束条件进行了讨论,探讨了雷管起爆误差对这种爆破网络的影响,指出采用国产导管雷管每排孔不超过3孔才能达到单孔单响目的,因此须研制生产高精度间隔微导爆管雷管。     

含软弱结构面石灰岩巴西劈裂破坏模式研究

以湖北省秭归县某矿山石灰岩为研究对象,进行了不同软弱结构面倾角θ的巴西劈裂实验,研究了石灰岩中软弱结构面倾角对岩石试样破坏模式的影响,并探讨了相应的破坏机理。结果表明:软弱结构面对试样的劈裂破坏模式具有控制性作用,随着结构面倾角增大(0°~90°范围内),试样破坏模式可分为4种,其中,θ为0°和15°时为岩石基质以及结构面拉裂破坏,θ为30°时为岩石基质的拉裂破坏以及结构面的拉裂和滑移破坏,θ为45°和60°时为结构面的剪切滑移破坏,θ为90°时为结构面的拉裂破坏; 同时发现,当θ为45°、60°和90°时,结构面对试样破坏机理的影响与层理面类似,而当θ为0°、15°和30°时,试样的破坏机理会更为复杂。     

基于PFC的层状板岩巴西劈裂渐进破坏能量分析

基于颗粒流软件PFC,研究了加载方向与层面法向呈不同夹角θ下的板岩巴西劈裂破坏能量演化规律。结果表明:层面的存在改变了起裂点位置和裂纹扩展方向,随θ的增大,吸收总能量、弹性应变能和耗散能均逐渐降低。当45°≤θ≤90°时,起裂点位置基本在圆盘中心,然后沿层面向两端扩展。吸收总能量、弹性应变能和耗散能衰减较慢;0°θ45°时,裂纹在距加载点最近的层面附近萌生,后层面阻挡了裂纹沿原方向扩展,微裂纹在层面无序生成并连通,然后穿越层面继续延伸,吸收总能量、弹性应变能和耗散能衰减较快。θ=0°时,层面对裂纹的延伸有阻挡作用,但并不改变其扩展方向。根据能量的传递规律可以确定裂纹萌生位置,裂纹的产生是能量耗散的主要原因。0°θ45°时的耗散能占比约比45°≤θ≤90°时大10个百分点。     

钢筋混凝土烟囱爆破拆除模拟研究

为确保安全地拆除地处环境复杂的高耸建筑物--钢筋混凝土烟囱,在正式爆破拆除前采用现有的数字技术和计算机科技对钢筋混凝土烟囱爆破拆除进行模拟,已成为拆除爆破的一个重要环节.试着采用有限元软件LS-DYNA来模拟钢筋混凝土烟囱的爆破拆除倒塌过程.模拟了钢筋混凝土烟囱单向倒塌过程中倒塌倾角与历时的变化关系、倒塌触地长度随时间的变化情况、倒塌过程中的支撑部位的压力变化以及筒体倒塌触地振动等,且模拟结果与实际相吻合.通过模拟分析可更清楚地了解钢筋混凝土烟囱在爆破拆除倒塌过程中的一些特点,从而可以帮助爆破工程师在设计过程中抓住重点,有的放矢.由此可见,对钢筋混凝土烟囱爆破折除进行数值模拟,对具体工程具有一定的实际指导意义,同时对拆除爆破科学研究的发展也有一定的推动作用.