切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究

为了探究切缝药包爆破定向裂纹与张开节理的相互作用过程,采用动态焦散线方法,结合高速摄影技术,开展了爆破模型实验研究。研究结果表明,张开节理对切缝药包爆破定向裂纹的扩展有阻滞作用,定向裂纹不会穿过张开节理继续扩展,而是在经过与节理相互作用后在节理端部产生两条翼裂纹。当定向裂纹垂直入射时,节理两端的受力状态基本相同,两条翼裂纹的起裂和扩展行为基本一致,两条翼裂纹的分布状态基本对称。张开节理的几何特征对翼裂纹起裂时的动态应力强度因子有显著影响,一定程度上决定了翼裂纹起裂的难易程度。当定向裂纹倾斜入射时,节理两端的受力状态存在差异,靠近定向裂纹入射点的一端能够获得更多的起裂能量,从而优先起裂和扩展,并形成更长的翼裂纹。      

深厚表土层立井冻结壁稳定性上限分析

在深厚表土层中采用冻结法建井时,冻结壁的稳定性是影响立井工作面和外层井壁安全的重要因素。本文在考虑深厚表土层中水平地压、混凝土水化热和冻结壁材料属性等因素影响下,采用极限分析中的上限定理建立冻结壁破坏模型,分析冻结壁在不同破坏模式下冻结压力上限值的变化范围及对立井空帮和外层井壁的影响,研究不同角度、不同深度下冻结壁破坏范围及对井壁的影响,并将计算结果与现场实测结果进行对比分析。结果表明,深厚表土层中冻结壁变形造成的冻结压力远大于通过重液公式计算得到的水平地压,随着埋深增加,不仅冻结压力显著增大,而且在冻结壁变形范围扩大时冻结压力增速加快。计算得到冻结壁不同破坏模式下的冻结压力上限值,与实测结果比较,推测出可能的冻结壁变形破坏程度,这有利于指导工程实际。     

切缝药包不耦合装药爆破损伤破坏的分形研究

为研究不同不耦合系数下切缝药包的爆后损伤破坏特征,以有机玻璃为试验材料,对不耦合系数1.33、1.67、2.00、2.33、2.67的切缝药包爆破损伤破坏进行分析。基于分形理论中计盒维数的原理,编写MATLAB程序分别计算5种不耦合系数下切缝药包在切缝方向以及垂直切缝方向爆生裂纹的分形维数。对爆后裂纹长度以及数量进行统计分析,结果表明:①在试验选取的不耦合系数范围内,切缝方向裂纹的分形维数显著大于垂直切缝方向的分形维数,切缝药包对于爆生裂纹扩展方向的控制具有明显效果;②在试验选取的不耦合系数中存在最佳不耦合系数1.67,在该不耦合系数下切缝方向爆生裂纹分形维数达到最大值,裂纹长度最大,爆破损伤破坏的定向控制效果最佳;③在不耦合系数大于1.67后,随着切缝药包不耦合系数的逐渐增大,切缝方向的裂纹扩展长度逐渐变短。     

深部倾斜岩层巷道变形分析与控制

针对深部倾斜岩层巷道围岩大变形控制的难题,以九龙矿北翼二水平轨道大巷为工程背景,通过现场调研、数值模拟分析深部倾斜岩层巷道围岩变形破坏的特征和原因。研究结果表明:倾斜岩层剪切滑移破坏和弯曲变形、围岩松软破碎、底鼓严重、支护结构针对性差是导致巷道变形失稳的主要原因;随着岩层倾角的增加,深部巷道围岩的破坏模式由倾斜岩层层间滑移破坏和靠近巷道拱肩部位的岩体分离、弯曲变形共同作用,逐渐向岩层层间滑移破坏转变;基于以上研究,提出了采用高强度锚杆和高预应力锚索,在巷道变形关键部位加强支护,控制底鼓和架设U型钢,全断面喷射混凝土和注浆的支护技术,强化围岩的整体强度和承载能力。工程实践表明,巷道围岩变形控制效果显著。     

不耦合偏心装药结构爆破损伤破坏的分形研究

为研究不耦合偏心装药结构的爆后损伤范围与损伤程度,以有机玻璃(PMMA)为实验材料,设计爆破二维模型实验,通过数字图像处理方法,计算炮孔周围不同区域的损伤变量,并基于计盒维数理论,编写MATLAB程序计算不同区域爆生裂纹的分形维数。研究表明:①不耦合偏心装药结构的爆后损伤分布呈现显著的非对称性,损伤变量的数值关系:偏心装药耦合侧中心不耦合装药结构偏心装药不耦合侧。②爆生裂纹分布符合分形规律,分形维数的相对大小与损伤变量具有一致性,分形维数可准确表征爆后介质的损伤破坏。③通过回归分析与线性拟合,得到损伤变量与分形维数之间的幂函数关系,建立了相应的损伤预测模型。     

复合掏槽在岩巷快速掘进中的研究与应用

为解决阳煤五矿南翼五采区集中高抽进风巷炮孔利用率低、大矸率高、整体掘进效率低等难题,运用LS-DYNA软件模拟楔形掏槽与复合掏槽方案,研究了岩体内部应力变化规律,并进行现场试验。结果表明复合掏槽更有利于破碎岩石,形成槽腔,提高爆破效率。新方案较原方案单循环进尺提高了0.46m,炮孔利用率由69.5%提高到92.5%,且无可见大块矸石,取得成效显著,对类似的岩巷爆破掘进具有参考价值。     

近断层大断面巷道变形分析与控制

为了解决近断层大断面巷道的支护难题,针对山西晋城赵庄矿近断层大断面巷道53121巷在掘进期间发生顶板剧烈下沉、两帮非对称变形和支护结构失效的现象,通过现场调研和数值模拟,分析近断层大断面巷道变形破坏的特征和原因。结果表明,断层面剪切滑移破坏、围岩松软破碎、支护结构针对性差是造成大断面巷道变形破坏的原因。利用非对称支护原理,提出该巷道围岩的控制技术,即顶板采用全锚索支护方式控制大断面巷道顶板下沉,两帮采用锚杆+锚索非对称支护技术控制大断面巷道两帮非对称变形,促使支护结构均匀承载,从而控制巷道围岩变形。工程实践表明,采用新支护方案后,围岩变形得到有效控制,巷道稳定性大幅提高。     

起裂处缺陷形状对PMMA试件动态断裂影响效应研究

为研究冲击荷载下起裂处不同形状缺陷对脆性材料动态断裂的影响效应,选用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为实验对象,落锤为加载源,将预制缺陷形状设定为唯一变量,同时保持缺陷在落锤加载方向的长度不变,使用新型数字激光动态焦散线实验系统,对PMMA试件进行冲击三点弯实验,同时对试件的破坏形态、时程特征、动态应力强度因子以及裂纹扩展速度进行分析。实验结果表明:除正方形缺陷(两应力集中点)试件外,其他缺陷形状试件均以I型断裂为主;一应力集中点缺陷试件最早发生破坏,两应力集中点缺陷试件次之,无应力集中点试件最晚发生破坏;一应力集中点对照组中,三角形缺陷试件发生破坏所需能量汇聚时间短于竖线型缺陷试件;试件起裂速度与能量汇聚时间呈正相关,起裂时间越早的试件起裂速度越小。由此得到结论:起裂端缺陷形状对板件的破坏形态及非缺陷周边的动态力学性能无明显影响,但会通过影响板件的起裂时动态强度因子来改变板件的起裂时间和峰值速度。     

岩石特征强度变化规律的试验研究

为了探究岩石在不同围压下抗压强度σf、损伤强度σcd、起裂强度σci的变化规律,对取自山西阳泉寺家庄煤矿的砂岩进行了单轴和常规三轴试验,结果表明:σf、σcd、σci随着围压的增大均呈现增加趋势,增加速度会逐渐变缓,当围压足够大时,σf、σcd、σci将不再增加。σf受围压影响最显著,σci次之,σcd最低。强度比σci/σf与σcd/σf随着围压的增大而减小,减小速度会逐渐变缓,最终将趋于一个稳定值。σci/σf与σcd/σf可以反映岩石的均质度和抵抗扩容的能力,寺家庄煤矿砂岩在单轴下的σci/σf为0.58,σcd/σf为0.79,说明均质度较高,抵抗扩容能力中等。     

张开型节理角度和长度对类岩石材料动力学特性的影响

为探究冲击荷载作用下张开型节理对类岩石材料动态力学特性的影响,基于分离式霍普金森压杆实验装置(SHPB),研究完整试件和含不同角度和长度节理的水泥砂浆试件在动荷载下的应力波传播特征、峰值承载力、破坏形态,分析讨论了基于能量理论的损伤规律.结果表明:试件会形成一组沿轴向与节理面贯通的张拉裂纹面和一组几乎平行于试件端面的裂...