节理裂隙岩体爆破试验研究

首先利用超声波探测法对节理裂隙岩体进行了声波测试,对不同的节理裂隙岩体进行了质量评估.然后通过对节理裂隙岩体进行爆破漏斗试验,分析了节理裂隙对岩体中爆炸应力波传播、岩石破碎及爆破漏斗形成的影响,得出了一些有益结论,对节理裂隙岩体理论研究和指导工程实践具有一定的参考价值.     

节理岩体爆破数值模拟

岩体的节理裂隙常常会影响爆破效果,而且会由此增加大块率,提高爆破成本.为了探明节理岩体爆破特点,首先采用有限元方法模拟了节理岩体爆破应力场的分布特点,接着分析了在台阶底部不同点的等效应力的变化规律,最后模拟了爆炸能量在节理岩体的传播规律.研究结果表明,节理裂隙能有效地反射爆炸应力波,节理裂隙越多,波的反射就越强,而且反射波的强度随着弱面与岩体间的波阻抗的差值的增加而加大;台阶底部各点的有效应力随着节理裂隙的存在而发生复杂的变化,而不象在均质岩体中一样有规律;炸药爆炸产生的动能在节理岩体中衰减快,透过闭节理时能量的衰减比透过充填节理要慢,爆炸能量透过倾斜节理时衰减较慢,而透过垂直节理时衰减较快.     

冲击荷载作用下非贯通节理岩体细观破坏模式研究

地应力作用下节理岩体的动态力学特性及对应力波传播规律的影响对深部地下工程的稳定性有着重要影响,采用颗粒流离散元软件(PFC2D)建立了含非贯通节理岩体的冲击作用数值模型,并通过与室内试验的对比验证了模型的有效性.通过对不同节理倾角、节理长度非贯通节理岩体的冲击压缩仿真试验,分析了岩体的变形特征、破坏模式及应力波传播规律.结果表明:随节理倾角从15°增加至75°,岩石强度呈现先减小后增大的近"V"字型变化规律,节理试件始终处于拉伸主导作用下,并在45°倾角时拉伸作用最为明显;随着节理长度的增大,岩体的初始损伤增大,动态抗压强度减小.15～25 mm"短"节理试件的贯通破坏由反翼裂纹主导,而30～35 mm"长"节理试件是在反翼裂纹和共面裂纹共同作用下断裂破坏.     

节理岩体对SV波传播的影响

为了研究SV波在岩体节理中的传播规律,以含平行双节理岩体为研究对象,采用快速有限差分方法研究了节理面刚度、节理倾角、节理间距对SV波传播的影响,通过质点振速放缩系数(VSF)的变化来分析影响因素对SV波传播的影响。研究结果表明,节理刚度K对不同位置的VSF影响并不一致,在节理1前监测点的VSF随着K的增大而逐渐减小,其余监测点的VSF随着K的增大而逐渐增大;节理倾角α对VSF的影响较为复杂,但均在45°处出现拐点;各监测点的VSF随节理间距d的增大而减小并趋于稳定。     

节理岩体爆破的破裂规律分析

通过实验室节理岩体模拟模型的电测实验,分析了节理岩体内爆炸应变波的传播规律及破裂形式,并与数值计算的模拟结果相比较,研究节理岩体爆破能量的耗损,为提高节理岩体的爆破效果提供理论依据。     

钻孔装药爆破岩石块度组成的分析方法

介绍了钻孔装药台阶爆破时岩石块度组成的分析方法。该方法以破碎区的范围和岩体天然节理含量为根据,根据爆破岩石的物理力学性质及所使用炸药的理化性能计算破碎区的半径。通过爆炸应力波的反射作用,论证了岩体中因爆破膨胀应力波的作用而受破坏的比例。     

应力差和节理角度对水压爆破岩体损伤影响研究

为研究应力差和节理角度对水压爆破破岩效果的影响规律,在对水压爆破应力波在岩体的透射、反射机制进行分析的基础上,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,研究不同应力差和节理角度条件下的水压爆破裂纹扩展过程、分布特征及岩体损伤范围。结果表明,应力差对岩体损伤区域影响明显,且对非线性破坏区的影响明显大于压碎区。在节理角度一定的条件下,翼裂纹的张开角度随着主应力差的增加而增大;节理角度对于应力入射波和反射波的叠加作用效果具有直接影响,导致翼裂纹的长度及扩展方向、层裂区损伤范围等发生变化。节理角度为90°时,节理外侧岩体损伤最小,但是内侧层裂区损伤严重,随节理角度降低,层裂区损伤量减小,翼裂纹长度增加,贯穿裂缝逐步沿节理方向延伸,直至节理角度降低至0°时,层裂区损伤达到最小,翼裂纹和贯穿裂缝重合。     

节理岩体边坡爆破振动衰减特征分析

遵义市南部新区新龙快线项目中,岩体节理裂隙较为发育,岩层产状为缓倾斜,倾角约20°,边坡的走向和结构面走向夹角较小。爆破施工时,在上覆岩体重力荷载和爆破振动荷载的共同作用下,边坡稳定性难以得到保证。为研究节理岩体边坡爆破振动速度传播规律,进而采取合理的控制措施,通过对边坡爆破振动进行监测,分析边坡爆破振动衰减特征,得到不同装药量和爆心距时爆破振动在边坡上的传播规律。研究结果表明:装药量越大,距离越小,振速衰减速度越大;振速高程放大效应效果与装药量密切相关。对监测结果进行回归分析与预测,结合研究结果最后提出合理措施。     

φ40mm孔径下爆炸应力波衰减特性试验研究

为了研究爆炸应力波在基岩中的传播和衰减规律,利用不同标号的混凝土代替不同等级围岩,对φ40 mm孔径下不同装药结构的工况进行爆破试验。通过制作及预埋PVDF薄膜传感器,测量6种装药结构下不同距离处的爆炸应力峰值,探究不同药量、不同岩石性质对爆炸应力波传播的影响。通过试验得到了C20、C30、C40混凝土试件在试验所涉及的范围内爆炸应力波随传播距离衰减的指数关系式。试验结果表明随着介质波阻抗的增大,该介质内部的爆炸应力波衰减系数会增大的规律,同时也验证了利用PVDF传感器测量混凝土内部的爆炸应力峰值这一方法是可行的,测试数据是可靠的,对后续不同岩土介质下的应力衰减规律研究和工程应用有一定的指导意义。     

裂隙岩体爆破数值模拟研究

岩体中的裂隙直接影响到爆炸应力波在岩体中的传播,进而影响到爆破效果。针对宏观闭合裂隙岩体的特点,采用LS—DYNA与离散元软件3DEC相结合的方法,分别模拟了含1条裂隙、2条平行裂隙和2条相交裂隙岩体中爆炸应力波的传播特点。结果表明,台阶爆破中应力波的分布并不均匀,应力波主要朝自由面的方向传播;闭合型宏观裂隙阻碍爆炸应力波的传播,岩体中裂隙越多,最小主应力降低的越快,2条裂隙时,炮孔附近的拉应力降低了约30%。     

节理岩体爆破振动传播衰减规律相似模型试验研究

节理对于爆破振动传播衰减规律具有显著的影响,相关研究对于爆破振动控制具有重要意义。采用水泥石膏材料制作岩石相似模型试件,采用云母片模拟充填节理,以单发雷管作为爆源产生爆破振动信号,采用TC-4850监测入射波与出射波爆破振动速度。测试了选用的水泥石膏材料配方的力学性能,包括单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角,测得的力学参数与石灰石的相似比约为20。试验中设置的条件包括：1～3条节理三种节理数量条件,20°、40°、60°三种节理倾角条件。基于试验的入射波与出射波振动数据,对比分析了不同条件下爆破振动的强度与衰减率的变化情况,试验结果表明：相比完整模型爆破振速数据,节理前方入射波区域存在爆破振动的放大现象,节理后方的出射波区域存在爆破振动衰减的增大现象;爆破振速衰减随着节理数量的增大而增大但是增幅较小;爆破振速衰减随着节理倾角的增大而减小且变化幅度显著;水平轴向与垂直方向的爆破振速变化具有相同的规律与一致的变化幅值。     

软弱夹层对爆炸应力波传播过程的影响研究

针对含软弱夹层岩体爆炸应力波的传播过程,采用数值模拟的方法,探讨了软弱夹层厚度、位置及角度对爆炸应力波传播的影响规律。研究结果表明:爆炸应力波在软弱夹层界面处发生反射,产生的拉伸应力波使应力波能量在迎波面汇聚,加剧该部分岩体的破坏程度。随着软弱夹层厚度的增加,前方岩体拉应力峰值增长作用由近迎波面岩体向炮孔周边岩体传播,拉应力峰值增长率逐渐提高;同时,夹层阻隔作用增强,后方岩体有效应力峰值衰减加快。软弱夹层与起爆中心的间距减小使得夹层前方岩体拉应力峰值显著增长,而对夹层后方岩体的阻隔作用逐渐减弱。应力波能量主要汇聚在软弱夹层的垂直方向,致使岩体爆破产生的裂缝偏离水平测线方向而向软弱夹层法线方向发展。研究成果可用于指导类似地层隧道爆破施工设计。     

非均质含裂隙岩体预裂爆破成缝的理论分析

本文分析了预裂爆破时爆炸应力波与介质中的有限长裂隙、贯穿裂隙的相互作用过程;探讨了岩体中的结构弱面对爆炸应力波传播的影响;阑述了含裂隙岩体预裂成缝机理。     

地应力对混凝土材料中爆炸应力波传播影响规律研究

为研究山体、坝体等自然环境下不同地应力水平对爆炸应力波传播的影响,采用数值模拟技术对不同地应力条件下混凝土试件进行爆炸模拟试验。通过对混凝土试件边界处施加不同大小的应力,观察了在不同地应力下试件承受爆炸荷载后的破坏现象;通过改变模型单边地应力数值设置对照组,随后对不同模型施加相同爆炸荷载,得到了试件中各预设的4个测点的峰值应力及质点运动速度。借助试验中测点峰值应力与质点运动速度等爆炸波特征参数的变化,进而分析了不同地应力大小对爆炸应力波传播的影响。结果表明：地应力对爆炸应力波的影响主要表现为在高地应力水平下的“抑制传播”与低应力水平下的“促进传播”。爆炸过程中,爆炸应力波与地应力的叠加耦合增大了测点峰值应力强度,反之,高地应力抑制了介质颗粒的位移,从而降低了质点运动速度。研究从不同地应力水平对爆炸应力波的传播影响角度入手,创新性地分析了地应力对应力波的抑制作用,其结果可为深地下钻孔爆破过程中破坏区的预判,地下结构抗爆防护等方面提供一定的理论依据。     

低幅值应力波在岩石三维节理面的折反射规律理论研究EI北大核心CSCD

岩土动力问题中,岩石节理对应力波的传播与能量的传递极大的影响,进而对岩土工程的动力响应特性造成影响。在以往应力波在非连续面传播规律的研究中,较少能够从理论上研究三维节理的复杂表面形态所导致的复杂力学性质对应力波传播规律的影响。为此,基于细观接触理论分析了岩石三维节理的应力-变形本构方程一般形式,分析了平面谐波与三维节理面上的变形与应力之间的变化规律,并基于DDM方法给出P波、SV波与SH波在三维节理面上折反射解析解。在模型研究和理论求解基础上通过参数分析研究了应力波的入射角、节理的交叉耦合变形刚度系数对折反射应力波的影响规律。研究发现,对于三维岩石节理,当本构方程中刚度系数矩阵中的交叉耦合刚度系数非零时,三种简谐波(P、SV、SH波)之间皆可已相互转化,且增大三维节理的交叉耦合刚度系数能够显著的增大转换波的幅值系数,使得同型波反射系数增大,同型波透射系数减小。     

不同应力波穿过多条非线性变形节理时的透射特性

基于节理非线性位移不连续模型,分析不同弹性纵波正向入射多条节理时的透射规律。利用半解析半数值解法得到透射初至波质点振动速度一维数值差分解,进而研究不同类型、不同振幅的入射纵波穿过多条节理时,初至波质点速度幅值、能量、频谱及时间延迟的变化特性。研究表明,透射能力由大到小的顺序为：矩形波、半正弦波、三角形波。速度透射系数、能量透射系数、透射波中高谐波频域幅值均随入射脉冲幅值增大而增大;延迟时间随入射波振幅的增大而减小,且三角波入射时的时间延迟大于半正弦波。随着节理条数的增加,速度和能量透射系数逐渐降低,且下降速度逐渐减慢;高谐波频域幅值先增大后下降,且下降速度逐渐减慢;时间延迟增大的速度逐渐加快。     

岩石材料损伤与应力波参数关系研究

为了研究应力波参数对岩石材料损伤与破坏的作用规律,采用 75 mm大直径 SHPB试验装置以不同子弹长度和不同冲击速度对岩石试件荷载,并用RSM-SY5声波仪测试岩石试件被冲击前后的纵、横波速,研究了岩石材料损伤与应力波波长和波幅的关系.结果表明:岩石在相同应力波波长下,入射波幅值、弹性模量、损伤程度及所受应力随子弹速度的增加而增加,破坏应变随着入射波幅值的增大而减小;岩石试件在相同应力波幅值下,其所受最大应力、弹性模量和损伤程度随着应力波波长的增大而增大,破坏应变随应力波波长的增加而减小,应力波波长每增加1/2,试件损伤增加0.03左右.     

爆破载荷作用下煤厚变异区损伤破坏特征实验研究

针对地质构造区域爆破施工容易诱发煤与瓦斯突出的现实情况,建立煤岩组合弹性力学模型、根据爆炸应力波在煤岩介质中的传播与作用规律,分析了煤层变厚时原岩应力的分布特征、爆炸应力波在构造煤岩体中的传播过程,并结合相似模拟实验与数值模拟研究了爆破载荷作用下煤厚变异区的损伤破坏特征。理论分析表明,薄煤层区域承受的原岩应力高于厚煤层,且应力变化梯度随煤厚减小率的增大而增大,爆炸应力波由岩体传播至构造煤体时会发生波的透射和反射现象,反射形成的拉伸波将加剧煤岩交界面岩体侧的损伤程度;爆破模拟实验中采集得到的应力曲线,煤厚变异区岩体处的测点存在着2次较大的拉应力峰值,应力波在该处相互作用形成了叠加破坏区,破坏区同时又引导其余方向的爆生裂纹向其延伸汇集,导致岩体严重破坏。数值模拟验证了爆炸应力波在煤岩交界面上的透射和反射现象,应力云图表明应力波在煤厚渐变区的叠加作用最明显且延续时间长。研究成果对于揭示爆破扰动煤厚变异区诱发煤与瓦斯突出的机制有重要指导意义。     

水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究

为了研究水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应,以段家坪隧道为例,采用数值模拟,对拱顶、拱肩、拱腰和拱脚的振速和应力以及节理对应力波传播的影响规律进行分析,将数值模拟和现场爆破振动数据进行对比。结果表明:拱顶处的振速和应力最大;随着岩体中水平岩体层数的增加,K值减小,α值增大;水平层状岩体模型中,节理两侧的振速与应力衰减幅度较均质模型中大;由于实际隧道围岩并不是均质的,现场监测振速数据拟合出的振动波衰减指数α偏大。     

钻孔装药爆破岩石块度组成的分析方法

介绍了钻孔装药台阶爆破时岩石块度组成的分析方法。该方法以破碎区的范围和岩体天然节理含量为根据,根据爆破岩石的物理力学性质及所使用炸药的理化性能计算破碎区的半径。通过爆炸应力波的反射作用,论证了岩体中因爆破膨胀应力波的作用而受破坏的比例。