鲁坨路路堑边坡爆破应力波传播规律

为了解决边坡岩体内爆破应力波与介质相互作用以及爆破荷载作用下边坡动力稳定性问题,依托鲁坨路路堑边坡爆破工程,在现场爆破振动测试的基础上采用数值模拟的方法对边坡坡面以及岩体内部质点的振动速度、应力场等分布规律进行深入研究.结果表明:1)对于坡面质点,水平爆心距与高程的增加均会使爆破峰值振速总体呈衰减趋势,但台阶边缘"鞭梢效应"明显,且距离爆源越近,峰值振速放大系数越大. 2)边坡台阶坡角处应力集中显著,但峰值应力与峰值振速并非在同一位置出现.因此,不能将台阶外缘峰值振速作为评价边坡稳定性的单一指标. 3)对于岩体内部质点,爆破振动响应也随爆心距的增大逐渐衰减,但坡面和岩层分界面对应力波的反射叠加会造成岩体质点的峰值振速和应力均有所放大.     

减振孔减振效应的数值模拟研究

利用显式动力有限元软件AUTODYN研究了减振孔对岩石地下洞室爆破产生的爆炸应力波传播与衰减以及对地表和邻近地下洞室动态响应的影响与规律.通过与爆破模型试验结果进行对比,验证了 AUTODYN模拟地下洞室爆炸过程和应力波传播的有效性和准确性.通过数值模拟分析了不同减振孔参数对邻近洞室和地表的质点峰值振动速度(PPV)和...     

爆炸荷载作用下锚固围岩稳定性分析

通过对爆炸波在岩体中的传播与衰减特性以及与锚固围岩的相互作用分析,基于正交设计理论,以洞室跨高比、锚杆长度、锚杆密度、围岩类别、一次爆炸炸药量、炸药距离洞室顶端的距离等因素设计了18组正交参数,对爆炸荷载作用下锚固围岩稳定性数值模拟计算,得到了锚固围岩应力、质点振动速度峰值和振动主频率的分布规律,分析了锚固围岩最大主应力、质点振动速度峰值、振动主频率受一次起爆炸药量、炸药距洞顶距离、围岩力学性质、支护方式、洞室形状等因素的影响,据此建立了以最大主应力为标准、质点振动速度峰值和振动主频率为主要指标的锚固围岩稳定性评价标准.     

P波入射含顺层结构面岩质边坡引起的振动

假定岩体为开尔文非线性体、结构面法向满足Barton-Bandis模型、切向满足库仑滑移模型,基于时域递归法得到应力波在岩体和结构面中的传播方程。根据简化的边坡模型,结合应力波传播路径和时间延迟,对结构面与边坡坡面之间的多重反射波的传播情况进行分析,利用叠加原理得到边坡面上任意质点的法向和切向振动速度表达式。通过数值模拟对比验证理论分析的准确性,并对本研究理论和数值方法的适用范围进行简要说明。研究结果表明,结构面的刚度、监测点水平位置、坡角和坡脚竖向距离等均会对边坡振动放大效应产生一定的影响。从理论方面阐明岩体结构面对坡面质点振动放大效应的影响规律,为岩质边坡动力响应的深入研究提供理论依据。     

基于DDA方法的不利地质结构对弹性纵波传播规律的影响研究

基于黏性边界理论,在DDA程序中实现了适用于底部输入地震波的人工边界条件,并通过算例验证了其合理性。采用改进的DDA方法研究了节理的刚度和间距、软弱夹层的厚度和波阻抗对弹性纵波传播规律的影响。计算结果表明:节理面透射系数的理论解与DDA数值解差别较小;随着法向刚度的降低,节理对弹性纵波的衰减作用增大;节理间距存在门槛值和临界值,在不同的取值范围,对弹性纵波的衰减规律不同;弹性纵波在分界面上的透射系数的理论解和DDA数值解基本一致;软弱夹层厚度影响多重透射波的干涉效应,厚度越小,干涉效应越强;随着软弱夹层与周围岩石的波阻抗比值的降低,软弱夹层对地震波的衰减作用越来越明显。     

非固结面裂隙深度对爆破振动影响试验研究

鉴于岩体中存在大量裂隙,为了探索非固结面裂隙对爆破振动效应的影响,通过建立波在裂隙岩体中传播的砂浆模型,对节理裂隙岩体进行模拟试验,研究分析了岩体裂隙深度对应力波传播规律的影响。研究表明：由于非固结面裂隙因素影响,裂隙深度对垂直方向质点峰值的影响较大,质点垂向振动峰值变小,裂隙深度和质点峰值大小不是反线性比例关系;裂隙深度对三个单独方向（垂向、径向和切向）主频率大小的影响并不明显,但其垂向频域分布主要集中在中高频,径向和切向主要集中在低频频域范围内。     

用UDEC模拟爆炸波在节理岩体中的传播

离散元程序 UDEC与有限差分程序 AUTODYN- 2 D相结合 ,用于模拟节理岩体中爆炸波的传播和节理对波传播的影响 .AUTODYN- 2 D用来模拟地下爆炸过程及生成的爆炸波 ,并输入到 UDEC,然后用 UDEC来模拟爆炸波在节理岩体中的传播 .研究表明 ,UDEC与 AUTO-DYN- 2 D相结合的方法在模拟爆炸过程和爆炸波在节理岩体中的传播是适合的     

岩体内应力波传播的研究进展与展望

岩体动态力学行为和应力波传播特性是岩体工程动态稳定性分析的关键科学问题之一.天然岩体内广泛存在着从细观缺陷到宏观节理等不同尺度的不连续结构面,影响应力波的传播,导致应力波能量的衰减.岩体内的细观缺陷和宏观节理对应力波传播的影响具有不同的作用机理,充分认识不同尺度的不连续面对应力波传播规律的影响对岩体工程动态稳定性分析具有重要意义.首先,分析了应力波在细观缺陷岩体内的衰减机制,详细介绍了研究细观缺陷岩体内应力波传播的波散射方法、等效弹性模量方法、等效黏弹性连续介质方法,对比总结了这些方法的适用性及优缺点.其次,分析了应力波在宏观节理岩体内的透、反射机制,系统介绍了研究宏观节理岩体内应力波传播的位移不连续方法和等效连续介质方法,重点概述了这2种方法的优缺点.再次,总结了双尺度不连续结构面岩体内应力波传播的分析方法,在同一框架内分析了双尺度不连续结构面岩体内应力波的传播规律,阐明了细观缺陷和宏观节理对应力波传播规律的不同作用机理.最后,结合深部岩体工程、极地岩体工程等国家重大项目,展望了应力波分析方法在极端环境下岩体工程稳定性分析中的应用.     

轴向静应力对弹性杆中应力波大小和传播的影响

基于工程岩体普遍存在静应力的现状,结合岩体爆破开挖等产生应力波的工程实际,探索静应力对应力波及质点运动状态的影响,以求在丰富一维应力波理论的同时,为工程施工提供理论参考.故以具有轴向静应力的两弹性杆共轴撞击为研究对象,分类讨论在不同波阻抗条件下,杆中静应力对应力波传播以及质点运动规律的影响.研究表明:弹性杆中具有的轴向静应力对应力波的产生及传播有较大影响,与无轴压情况相比,静应力使两杆撞击后的运动状态更复杂并与波阻抗一起影响应力波的大小.     

软弱夹层工程地质性质的室内仿真研究

岩体中软弱夹层是控制岩体稳定的重要边界条件.软弱夹层的厚度通常仅数毫米至数厘米,太薄的试样在现场难以进行饱水条件的强度试验.软弱夹层的工程地质性质既与岩体应力、地下水等环境条件有关,也与其成因性质、粘粒含量和粘土矿物成分等有关.对于成因相同、粘土矿物成分一致、粘粒含量变化不大的软弱层带而言,在受到不同压应力作用时,其物理力学参数必然与之有一定的对应关系.通过室内压密仿真试验,一方面再现了软弱夹层在饱水条件下的脱水、压密和固结过程,建立了基本物理力学指标与压应力的关系.另外,也从本质上揭示了软弱夹层的工程地质性质很大程度受岩体应力的影响.对于深部难以开展现场试验的软弱夹层的工程地质性质的评价,室内仿真试验方法提供了新的思路,具有显著的经济价值和工程意义.     

顶板软弱夹层渗水泥化对巷道稳定性的影响

在现场原位探测与实验室组分实验基础上,分析测试了典型巷道顶板软弱夹层的赋存特征和岩性组成,得到了软弱夹层岩体黏土成分遇水泥化特性和不同支护方式下注浆固结体内聚力C与内摩擦角ψ的演化规律.结合数值计算与相似材料模拟等手段研究了软弱夹层不同层位、泥化特性和动压影响导致软弱夹层顶板巷道失稳垮冒的规律.结果表明:软弱夹层位于锚杆锚固区边缘时顶板安全状况最差,渗水泥化后围岩结构承载力学性能急剧降低,动压作用后软弱夹层岩体发生剪切破坏使得顶板失稳垮冒.提出了针对软弱夹层渗水泥化巷道的安全控制对策,并成功应用于现场工业性实践.     

含软弱夹层煤巷层状顶板失稳机理与分类

运用复合梁原理对含软弱夹层的煤巷层状顶板失稳模式进行理论分析,随着软弱夹层厚度的增加,顶板所受的最大拉应力逐渐变小,而且呈双曲线规律变化.软弱夹层厚度变化与围岩水平应力、位移和塑性区之间的关系进行数值模拟,研究了软弱夹层对锚杆支护煤巷层状顶板稳定性的影响.根据研究结果,以软弱夹层的厚度与其在顶板内的位置为指标对顶板进行分类,为煤巷锚杆支护参数设计提供了理论依据.     

爆破振动对残留岩体的影响及控制

通过对白水峪水电站坝区爆破振动试验数据的回归分析,获得了施工爆破处的振动衰减规律,给出了在爆破施工期间,爆区附近的残留岩体稳定所能使用的最大药量.爆破产生的岩石质点振动为随机振动过程,其能量集中在25～30 Hz频率范围内,比天然地震波主频高得多,爆破产生的振动不会引起基岩的共振.残留岩体的临界振动速度直接关系到残留岩体的稳定性.根据试验实测地点宏观调查结果及相关规范,将残留岩体的临界质点振动速度控制在3.5 cm/s以下,就能保证残留岩体的稳定性.     

穿越位移不连续结构面的随机地震波模拟

基于非线性位移不连续模型,用半数值半解析方法得到岩体结构面处透射波与反射波质点速度时域显式数值差分格式,编制计算程序模拟随机地震纵波在简单平行多结构面处的传播规律。研究结果表明:随着传过的结构面数目的增多,在特定频率处振幅有先增益后衰减的现象,透射波在时间上有一定延迟。     

土介质中TNT炸药爆炸波传播特性的数值模拟

利用LS-DYNA有限元程序,运用非线性动力学基本理论和算法,模拟了球形装药在土介质中爆炸产生爆炸波的传播过程,找出了爆炸波在土介质中随时间和空间的传播规律,分析结果表明,随着比距离的逐渐增大,最大主应力逐渐衰减的规律,与文献中结论相一致.通过研究半无限土介质中爆炸作用下土介质的动力学响应,初步掌握土中爆炸的规律以及这一过程的数值实现,对于爆破与防护工程设计均具有一定参考价值.     

香溪口工程坝肩软弱夹层的处理及其应力分布

本依据提出的拱坝应力稳定分析计算模式，对香溪口工程拱坝肩岩体情况，用三维有限元法进行计算机模拟分析，总结了软弱夹层对拱坝应力分配的影响，提出对软弱夹层的处理方法并讨论处理后它对坝体应力分配的影响。     

考虑剪切滑移效应时节理岩体中剪切S波的传播特性探析

基于一种优化时域算法,考虑岩石节理面剪切滑移效应,对弹性剪切S波在岩石节理中的传播特性进行理论分析.通过建立节理面剪切滑移理论模型,推导并获得了剪切S波斜入射岩体节理时波的传播方程,并对剪切S波斜入射岩石节理面时的数值解进行了参数研究.结果表明,在研究节理的剪切滑移效应对应力波传播规律的影响时,该时域方法避免了复杂的数学运算,如傅立叶变换和傅立叶逆变换,通过迭代计算即可方便求出透射波和反射波的数值解;参数研究表明节理面剪切滑移效应影响着波的传播规律以及能量的变化规律.在工程实际问题分析时,本文的理论模型可更有效的应用于岩体中应力波传播特性方面的研究.     

水平层状岩体隧道爆破开挖数值模拟及振动效应研究

以蒙华铁路喜家岭隧道爆破施工为研究背景,采用动力有限元法探索层状岩体的存在对隧道爆破形成的应力场与振动场的影响。本文建立了均质岩体和水平两层岩体两个有限元模型。在保证模型尺寸、模拟参数以及网格划分完全相同的情况下,通过改变岩石材料参数与爆破微差间隔时间,在隧道拱顶、拱腰、拱脚处提取振速与应力数据,比较两种模型的振速与应力的衰减规律。指出层状岩体的存在会使应力波的传播发生改变,并分析了微差间隔时间的不同对爆破造成的影响。     

煤巷顶板锚固孔钻进钻杆振动机理与特征分析

基于煤巷顶板锚固孔钻进过程中钻杆存在横向振动、纵向振动、扭转振动,且岩石的响应力与反扭矩是钻杆发生3种振动的主要原因.利用数值计算方法,对λ=1.0~1.5条件下,煤巷顶板几种常见的岩石模拟钻进,获取了4种岩石对钻杆的响应力与反扭矩,并得到了钻杆的振动特征,发现应力状态的改变对钻杆振动特征影响不明显,钻杆在砂岩中钻进时主要振动形式以横向振动为主,在砂质泥岩中钻进时以纵向振动为主,在泥岩和软弱夹层中钻进时以扭转振动为主.钻杆横向和纵向振动响应频率按由大到小顺序依次为:砂岩、砂质泥岩、泥岩、软弱夹层.扭转振动响应频率按由大到小顺序依次为:泥岩、砂岩、砂质泥岩、软弱夹层.     

降雨强度对双层软弱夹层边坡稳定性影响分析

降雨入渗是导致滑坡灾害频发的关键因素,同时边坡岩体内存在的软弱夹层控制着岩体的稳定性。为揭示降雨入渗对双层软弱夹层边坡渗流及稳定性的影响律,采用数值模拟不同降雨强度下边坡基质吸力和水的体积分数变化规律,并探究软弱夹层数量、降雨强度对边坡稳定性的影响规律。结果表明：对于降雨条件下含软弱夹层的滑坡,由于软弱夹层渗透性差,保水性强,易于泥化而强度大幅下降形成滑动带;降雨对双层软弱夹层边坡坡面基质吸力影响较大,降雨强度越大,基质吸力消散速率越快;当降雨总量恒定、软弱夹层位于滑坡中层时,降雨强度越强,软弱夹层数量越多,软弱夹层埋深越深,边坡变形越剧烈,边坡也越易从“稳定”状态转变为“不稳定”状态。