光弹性应力计的基本原理及在现场的应用

光弹性应力计是新近发展的一种现场应力测量工具。它是一个中空的玻璃圆柱体,埋于岩石或混凝土的钻孔中,在围岩或外载的作用下,产生人工双折射现象,用光弹仪可测出其双折射条纹,以此判别围岩的应力状态。本文将详细讨论其基本原理以及介绍一些现场应用的结果。     

束状炮孔爆破效应的动光弹实验研究

根据动光弹仪在不同瞬间所拍摄的等差条纹图片,对束状炮孔的几种布孔形式(如直线形,半圆形和圆形)的爆炸应力场进行了定性分析,描述了各布孔形式下的应力波的传播、应力分布情况及其作用结果,比较了它们之间在这些方面的异同点。布孔形式、布孔参数不同,应力分布随之改变,爆破效果也异,尤其是不同布孔形式之间的这些差别更为明显。爆后分析结果表明,动光弹试验可为现场的工程设计提拱一定的理论依据。     

炮孔轴向爆炸应力场变化的动光弹研究

采用ＶＤＺＺ－１型动光弹仪，记录了在半无限板中单孔轴向孔口起爆全过程的应力波条纹。对应力场进行了定性和半定量处理，得出了应力场变化的基本规律。为进一步研究岩石爆炸破碎机理提供了参考。     

炮孔轴向爆炸应力场变化的动光弹研究

采用ＷＤＺＺ－１型动光弹仪，记录了在半无限板中单孔轴向孔口起爆全过程的应力波条纹。对应力场进行了定性和半定量处理，得出了应力场变化的基本规律，为进一步研究岩石爆炸破碎机理提供了参考。     

用光应力计观测空区充填效果

我矿在大量采用深孔崩矿时期,由于充填工作跟不上,造成了许多大空区(体积从三万米~3到十万米~3不等)。为了观测一些重点空区的支撑矿柱内的应力变化及其与充填的因果关系,我们从七八年起陆续埋设了一些光弹应力计。从长期观测中发现:充填的力学效应与光应力计的条纹变化之间存在着密切关系。本文仅就实测资料作一探讨。     

正入射爆炸应力波与运动裂纹作用的动态光弹性实验研究

采用动态光弹性实验方法,研究了正入射爆炸应力波对运动裂纹的作用效果。实验得到了运动裂纹与正入射爆炸应力波作用过程的光弹等差条纹变化图,分析了正入射爆炸应力波对运动裂纹尖端动态应力强度因子和裂纹扩展速度的影响效果,以及正入射爆炸应力波对运动裂纹扩展轨迹的影响。研究表明:正入射爆炸应力波对运动裂纹扩展方向没有明显影响,但对运动裂纹尖端动态应力强度因子和裂纹扩展速度有显著时间相关性的抑制和增强作用;当正入射爆炸应力波P波前端压缩脉冲相与运动裂纹相互作用时,裂纹扩展速度和裂纹尖端应力强度因子会受到抑制;当正入射爆炸应力波P波尾部拉伸脉冲相和S波与运动裂纹相互作用时,裂纹扩展速度和裂纹尖端应力强度因子则得到显著增强。     

采用光应力计测定围岩的扰动应力

本文论述光应力计的实验室研究和现场应用,着重介绍安设在不同介质材料内光应力计的基本性态,列出在不同主应力比值作用下,八种介质材料内光应力计的率定拟条纹值,并给出一套标准应力条纹图;文中介绍了现场应用的典型实例,说明在不同的场合采用光应力计测定主应力方向和应力变化。     

不同接触角下接触带巷道顶部剪应力分布特征研究

地下开采中接触带巷道围岩剪应力是巷道出现剪切破坏和局部冒落的主要原因,构成矿山开采的重大安全隐患。为控制接触带巷道稳定性,研究了不同接触角下接触带巷道围岩剪应力分布特征。采用三维光弹应力冻结试验法,制作了0°、15°、30°和45°的接触带巷道光弹试验模型,定量分析了不同接触角下接触带巷道顶部在4 000 k N载荷时的剪应力分布特征。试验表明:光弹切片的应力条纹图直观显示了不同接触角下接触带巷道顶部的应力场分布;接触带弹性模量为6.69 GPa的一侧剪应力大小是弹性模量为3.20 GPa一侧的2~10倍,巷道顶部接触带上存在剪应力突变;当载荷一定时,接触带与巷道交界处剪应力值和接触带巷道顶部上最大剪应力值随接触角的增大而增大。研究结果表征了不同接触角下接触带巷道顶部的剪应力分布特征,对实际工程具有一定指导意义。     

深部巷道围岩分区破裂化的三维光弹试验研究

为研究深部巷道围岩分区破裂的形成机理,采用三维光弹应力冻结试验法研究深部巷道围岩的应力分布。光弹试验模型在径向约束条件下分别沿巷道轴向施加5 KN、30 KN、50 KN、70 KN和90 KN的荷载,光弹切片直观地呈现分区破裂围岩应力场。结果显示,当轴向应力达到一定水平时,巷道围岩应力分布呈现与巷道同心的完整圆环形,巷道附近围岩应力最大。随着巷道轴向应力的增大,与巷道同心的圆环形应力圈数增多,应力水平提高,且最大应力有远离巷道表面的趋势。研究表明,巷道轴向应力决定了分区破裂产生的破裂圈数,是影响巷道分区破裂的主要因素。随着轴向应力的增大,高地应力“绕过”巷道。三维光弹试验法为分区破裂力学研究带来方法上的进步。研究成果可为巷道围岩稳定性控制提供新的思路,为巷道的开挖和支护设计提供理论基础。     

数值光弹及其在采矿工程中的应用

光弹性法在应力状态分析中有着广泛的应用 ,但是通常的应力分析光弹方法对所用模拟材料的要求苛刻 ,加工复杂 ,并且难以进行复杂材料受载破坏过程中应力分布的光弹测试。本文介绍了应用材料破坏过程分析MFPA系统进行材料破坏过程应力场分析的“数值光弹”方法 ,并给出了采矿工程中地下开采巷道断面及岩层破坏过程中的岩体应力场分布图。结果表明MFPA系统为研究岩体破坏过程中的应力分布提供了一种简单有效的分析方法。     

粘弹岩体中立井连续施工过程的解析模拟

考虑立井连续施工过程,从解析角度研究施工过程中的应力与位移。从一般粘弹时变力学方程出发,用拉普拉斯变换法寻找粘弹问题解与弹性问题解的对应关系,指出只有自相似粘弹时变问题才可获得这种对应关系。对于可模拟为Maxwell粘弹性体的岩体,仅考虑自重应力作用时,根据这种对应关系得到圆形立井施工过程应力和位移解析解,并分析了施工速度和围岩径向位移之间的关系。     

光弹性应力计条纹图像级数识别研究

针对光弹性应力计条纹图像人工判读存在的问题,首先,在不同级数的条纹图像颜色变化最明显的方向上提取RGB颜色变化的色差向量作为样本,计算待识别条纹图像与样本空间的相关系数,得到初步识别的级数。其次,由于工程实际中条纹图像难以与样本完全一致,使得不同方向得到的初步识别的级数并不一定相同,因此,采用模糊推理方法对初步识别的级数进行综合分析,确定最终条纹图像的级数。实际应用表明,该方法具有较好的识别精度。     

条纹法锚杆力监测装置

针对矿用锚杆力监测问题,提出一种光学监测方法。利用光学膜应力与应变之间的线性关系,在光源垂直照射下光学膜倾角的变化会引起干涉条纹数目的变化,根据不同的条纹数目来判断锚杆的安全状态。通过ANSYS有限元分析和MATLAB仿真分析,得出监测装置承受载荷从0变化到18.2 t,干涉条纹数目从0条增加到10条。并对干涉条纹的可见度及适宜观测距离进行分析,证明该监测装置具有一定的可行性。     

绳索取心钻杆螺纹锥度与强度关系及应力研究

通过一系列室内拉伸、扭转及光弹应力试验，研究了绳索取心钻杆螺纹锥度与强度的关系及其应力分布规律。     

光弹性单向应变计在煤矿地压观测中的应用

前言 光弹性方法是研究各种工程结构和构筑物应力应变状态的一种有效的、直观性强的实验应力分析方法。自六十年代以来,光弹贴片新技术在国外已获得迅速发展,并用于矿山工程。 光弹性单向应变计(以下简称单向应变计)就是根据光弹贴片原理制成的一种简便的实测器件[1]。在苏联、捷克、加拿大、英国等一些煤矿及金属矿山,用单向应变计等光弹传感器测量金属支架、机械化液压支架和单体支柱的应力及载荷值,在检验支架结构形式、强度,改善顶     

基于仿生特征的球磨机提升条表面设计

球磨机是粉磨作业所需的重要设备,为了提高生产效率,延长提升条的使用寿命,需要选择合适的耐磨材料以及设计出合理的耐磨结构。根据两种生物耐磨特征,运用三维建模软件建立了光滑、横向条纹、纵向条纹、凸包的仿生结构特征提升条的球磨机模型。通过数值模拟与磨矿试验,统计了磨矿过程中4种不同表面特征提升条的应力分布、累积力、微观磨损形貌等信息。结果表明,具有仿生结构的提升条能够有效缓释提升条在磨矿时的等效应力,降低提升条的磨损消耗,横向条纹仿生结构在4种提升条中的耐磨性和磨矿效果最佳。     

卸压钻孔应力场分区及长度优化设计

利用极坐标和直角坐标系建立卸压钻孔力学模型,分析了巷道侧向支承压力与卸压钻孔周围煤体应力之间的联系,得到巷帮煤体的卸载应力及卸压系数;根据卸压前后巷帮煤体的应力状态,将卸压钻孔应力场划分为4个应力区,分别为塑—塑性区、弹—塑性区、塑—弹性区和弹—弹性区,卸压作用主要在塑—弹性区和弹—弹性区;结合卸压前巷帮煤体的应力场分区,分析了卸压钻孔的最优长度,指出钻孔长度应根据卸压前巷道侧向支承压力分布进行设计;施工卸压钻孔后,卸载应力呈中间高两边低的规律,而在未施工钻孔的区域,煤体应力保持不变。采用数值模拟的方法,对比研究了薛湖煤矿不同长度钻孔的卸压效果,得到最优钻孔长度为20 m左右。     

初始应力条件下爆破机理的动光弹实验研究

以最新的激光动光弹为实验手段, 对初始应力条件下的爆破应力波的传播过程进行了实验研究． 结果表明, 初始应力影响着应力波形的传播过程, 且不同的初始应力对应力波形的传播过程的影响也不相同．     

球磨机提升条

球磨机是粉磨作业所需的重要设备,为了提高生产效率,延长提升条的使用寿命,需要选择合适的耐磨材料以及设计出合理的耐磨结构。本文根据两种生物耐磨特征,运用三维建模软件建立了光滑、横向条纹、纵向条纹、凸包的仿生结构特征提升条的球磨机模型。通过数值模拟与磨矿实验,统计了磨矿过程中4种不同表面特征提升条的应力分布、累积力、微观磨损形貌等信息,结果表明具有仿生结构的提升条能够有效的缓释提升条在磨矿时的等效应力,降低了提升条的磨损消耗,对比发现横向条纹仿生结构在4种提升条中的耐磨性和磨矿效果最佳。     

弹柔锚杆在挡土墙支护中的数值模拟

弹柔锚杆是在普通锚杆基础上增加弹柔变形体的新型锚杆.通过FLAC对普通锚杆和弹柔锚杆进行对比数值模拟分析,分析结果证实,由于弹柔变形体的应力和形变缓冲效应,使得弹柔锚杆比普通锚杆具有更高的承载能力和更加优异的抗变形性能,特别适用于具有大变形和动荷载要求的支护,值得在锚杆挡土墙工程中进行推广.