岩石冲击凿入试验研究

冲击凿入试验对于研究快速交变载荷作用下岩石的变化过程十分重要。这一点在通常的试验机上很难实现。岩石的力－凿深曲线与凿入时岩石的破碎特性密切相关。大量的实验研究结果表明，冲击凿入岩石的力－凿深曲线斜率比静压凿入的为大；至于二者的定量关系，各学者之间的研究结果存在较大差异。本文所介绍的冲击凿入试验系统包括打击锤（即活塞）及带球齿钎头的柱型钎杆。应力波由一对半导体应变片测定，并据此计算凿入力及凿深。在９     

粘弹性岩石凿力-凿深特性和能量传递研究

针对冲击钻进过程中粘弹性岩石力-凿深特性和能量传递问题进行了研究, 得出了杆体活塞模型情况下的冲击凿深函数和力-凿深曲线, 进一步分析了其能量传递过程和效率。结果表明, 弹粘性岩石的力-凿深曲线受速度阻尼的影响, 随着粘度增大, 其初始力从0点逐渐抬高, 最大凿深u_max逐渐变小; 由于岩石粘性耗能的原因, 传递到岩石中的总能量E_R加大, 最大凿深减少, 凿入效率降低。     

对岩石凿入力-凿深曲线的测定和分析

对七种岩石作了凿入力和凿深关系的测定。测定的数据直接进入微机,处理后打印出结果来。测定结果表明,钎刃下方已产生裂隙的岩石仍具有一定的承载能力,这使得凿入力-凿深曲线下降部分往往出现负斜率。从凿入破碎机制及凿入方程对曲线作了分析,从而改进了对凿入端边界条件的认识。文中还给出了被测定岩石的侵入强度和凿入力-凿深模型的有关数据。     

用新传感器对岩石的凿入力凿深关系的实验研究

本文介绍了光栅测位移的原理与方法，对此方法获得的凿入力凿深关系进行了讨论与分析，并与用两点测应变再计算的凿入力凿深关系进行了对比。     

凿岩机具入射应力波的分析

在凿岩过程中，受凿岩机活塞的冲击作用，在钎杆中形成一系列冲击应力波，并以纵波的形式传递给钎头而达到破碎岩石目的，所以，放射应力波形是控制冲击凿岩的重要因素。文中根据液压凿岩机具、气动凿岩机具和内燃、电动凿同的部分样机的数据，分析了凿岩机和冲击类工具的性能特性、放射应力波形和钎杆应力峰值系数等，其结果将对钎杆的受力分析、凿岩机冲击能的确定、凿岩机具的合理匹配以及凿入系统的研究具有一定的实用价值。     

利用能量效率概念优化冲击凿岩系统

瑞典桑德威克岩石工具公司设计了一种称之为CASE的计算机辅助效率模拟程序。它与可确定钻头在给定岩石中性能的凿力一凿深试验相结合，能模拟实际凿岩过程和计算凿岩系统的效率，从而可代化钻具的选择。由桑德威克研究所开发的计算机辅助效率模拟程序经现场试验已证明是有用的，可在便携式计算机上运行，能直接在矿山凿岩工作面确定最优凿岩效率和进行设备选择。出发点是确定冲击凿岩中岩石的钻进特性。桑德威克公司所用的方法是凿力一凿深试验法。将钻头冲压岩石试块，记录施加的力和钻进深度，绘制出实际的和理想的曲线．理想曲线用于含…     

重型钎杆的入射应力波的实验分析

介绍了冲击凿入入射应力波的理论,分析了几种典型重型凿岩机最大波值系数,测试实验结果表明,重型钎杆应力与理论计算结果相一致。     

“直接冲击”凿入分析

通过钎杆和球锤直接冲击（凿入）岩石的试验，测定出凿入力波形及凿碎比功。以这种直接冲击的凿碎系统进行凿入分析可以简化其过程。在对这种直接冲击的凿碎系统分析后，得出直接冲击岩石的凿岩效率较高的结论，并给出了最佳入射波形的基本概念。     

撞击凿入系统的应力及效率分析

本文将弹性力学的赫兹接触应力理论引入冲击凿入理论研究,提出了撞击面局部变形的非线性理论模型。在文献的基础上,运用差分原理,系统地建立了分析撞击凿入系统应力状态和撞击、凿入效率的电算法。对一至三段型活塞和一至三段型钎杆(或钻头)的撞击凿入系统编写了一个通用的电算程序。通过改变输入的参变量数值,可获得各种撞击凿入系统中任意截面处的各力学参量、应力波形和系统的撞击、凿入效率。采用电算法与实验测定相结合的方法对潜孔冲击器的撞击凿入系统的应力状态和效率进行了研究。电算理论波形与实测波形吻合得相当好,从而验证了本文所提出的理论。     

冲击锤的工作应力和能量传递分析

探讨了冲击锤凿入岩石时的能量转换过程，分析了冲击锤冲击过程中的钎杆应力、活塞应力及能量利用率，其方法可对冲击锤的设计、选用提供参考依据。     

基于Shearlet变换的探地雷达数据噪声压制研究

应用探地雷达(GPR)探测地下目标分布状况时,接收数据中的有效信号往往容易受噪声及空气直达波等的干扰,增加地下目标识别的难度,影响地下目标识别的准确性.Shearlet变换在图像和地震数据去噪上的成功应用说明其去噪能力的优越性.但应用Shearlet变换对数据进行降噪处理时,阈值的选择对去噪效果影响较大.为了提高应用Shearlet变换对探地雷达数据进行去噪处理时的效果,本文提出了一种结合奇异值分解的Shearlet变换噪声压制方法.该方法能有效去除随机噪声,增强有效反射信号.将该方法应用到仿真和实测探地雷达数据处理中,结果证实了该方法的有效性.     

考虑土性参数不确定性的单管冻结温度场分析

针对冻结法应用中的单管冻结相变热传导问题,考虑土性参数空间上的变异性,将土体传热区域的导热系数和体积比热容模拟为随机场,基于随机场局部平均理论,采用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对单管冻结随机温度场求解进行了分析,给出了有限元节点温度响应的均值与方差计算公式,根据计算流程框图编写了求解单管冻结温度场的Matlab随机有限元计算程序。通过算例,得到了考虑土性参数不确定的单管冻结温度场统计分布规律,并与将各随机参数视为单一随机变量的情况进行了对比。结果表明:随机场及其局部平均理论能合理考虑土性热学参数空间上的不确定性;土性热学参数模拟为随机场和随机变量获得的温度均值分布规律基本相同;模拟为随机变量得到的温度场变异性偏高,采用随机场建模方法显得更加科学合理。     

三点弯曲条件下不同层理面强度对裂纹扩展过程的影响

煤矿、页岩气开采等工程均涉及到层状岩体力学问题,层状岩体的裂纹破裂模式直接决定了工程施工稳定性及能源高效开发利用。为了揭示层理面强度性质对裂纹扩展过程的影响,利用ABAQUS模拟软件,通过全局嵌入0厚度cohesive单元的方法,创建了与最大主应力方向垂直的层理面,并且基于页岩XRD矿物成份分析结果,利用Python语言对软件进行二次开发,实现了页岩的层理各向异性与矿物颗粒非均质性。通过控制层理面的强度参数,研究了在三点弯曲条件下,层理面强度性质对裂纹扩展过程的影响。通过MATLAB编程处理模拟结果,实现了加载过程中的声发射(AE)模拟,根据声发射定位图和声发射能量数据,进一步分析了裂纹破裂类型及动态扩展过程。结果表明:层理面抑制了裂纹沿着最大主应力方向扩展,层理面强度越弱抑制效果越强;层理面强度较弱时,裂纹先从层理界面处起裂,产生顺层横向裂纹,阻隔应力波的传递,导致预制裂纹尖端应力场波及范围变小应力集中程度变强;层理面的存在导致裂纹扩展路径复杂,穿层破裂与顺层破裂交替出现,裂纹表现为断续位错式的破裂特征,层理面强度与最大主应力共同决定了裂纹路径;穿层破裂主要沿着最大主应力方向产生,表现为拉张破裂类型,顺层水平迁移裂纹表现为剪切破裂类型;层理面强度越弱,克服顺层破裂所需能量越大,峰值载荷越大;层理面强度与声发射事件数呈负相关性,层理面越弱声发射事件数越多,拉张、剪切破裂越多,顺层裂纹长度越长。     

等离子冲击波作用下红砂岩的动态破裂行为试验与数值模拟研究

为了研究等离子冲击波作用下岩石的破裂行为,开展了不同放电间距下的高压脉冲击穿红砂岩试验。利用超高速相机观测了红砂岩试件的裂纹扩展过程,讨论了放电间距对等离子冲击波作用下红砂岩试样表面裂纹密度的影响。随后,利用数值模拟软件LS-DYNA建立与实验条件一致的有限元模型,对比了模拟和实验结果,再现了试验过程。结果表明：等离子冲击波作用下,垂直放电通道方向的两个表面上的破坏主要是径向裂纹;平行放电通道的四个侧面则是横向裂纹占主导。随着放电间距的增大,试件表面的裂纹密度逐渐增大。依据数值模拟结果对试件内部的破裂过程及应力波的衰减进行了分析。结果表明:随着与放电间距的增加,等离子冲击波在红砂岩试样内部形成的有效应力呈现出指数型衰减,在自由面附近有效应力峰值趋于稳定。     

Conical stress waves in solid media

Conclusions Some clarity has been attained in an investigation of dynamic problems concerning the propagation of plane, cylindrical, and spherical explosion stress values. The results obtained for conical stress waves permit a more accurate approach to investigations of the effect of the explosion of a distributed charge on the ambient medium. From a comparison of Eqs. (3) and (24) it follows that in the plastic region the attenuation of the amplitudes of the particle velocities or stresses is more intense than in the elastic region. This is due to the friction energy in the outgoing waves during relative displacement of the particles. The dynamic and kinematic conditions of continuity (7), (10), and (23) enable us to calculate (from the experimentally measured velocities) stress in the rock induced by the effect of conical stress waves during the explosion of a cylindrical explosive charge. By means of Eqs. (8), (11), and (24) we can calculate beforehand the attenuation of the particle velocity amplitudes with distance; this is important for practical requirements of rock mechanics. The author thanks E. I. Shemyakin for formulating the problem and for his interest in the work, and is grateful to V. S. Nikiforovskii for discussions and comments. Institute of Mining, Siberian Branch, Academy of Sciences of the USSR, Novosibirsk. Translated from Fiziko-Technicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 4, pp. 47–52, July–August, 1979.     

直巷道中突出冲击气流的形成及传播特征研究

煤与瓦斯突出产生的冲击气流有很强的破坏效应,首先分析了突出冲击气流的形成原因;然后建立了直巷道的几何结构模型,设定相应的初始条件与相关参数,对突出冲击气流的运动过程进行了数值模拟计算,得出了不同时刻的冲击气流压力、速度以及瓦斯相对质量浓度在巷道内的分布情况,同时分析突出发生区域出口断面处的冲击气流平均压力和速度随时间变化过程,并根据模拟结果得出定性与定量化的结论;最后,构建了煤与瓦斯突出在直巷中传播的实验系统,通过实验的手段分析了冲击波在直巷中衰减规律。研究结果表明,突出能在巷道空间内形成较高速度运动的冲击气流及冲击波;与突出区域原始瓦斯压力相比,冲击气流压力发生了急剧下降;冲击气流强度在断面不变的直巷道中传播会发生衰减,前期超压衰减较为缓慢,后期超压衰减增快。     

多孔同段聚能爆破煤层增透数值模拟及应用

构建三维多孔同段(多个炮孔同时起爆)聚能爆破模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件再现聚能射流及爆炸应力波传播与叠加的过程,探讨应力波的传播规律;同时对多孔同段聚能爆破下不同间距炮孔间的煤体单元应力进行了分析。研究结果表明,炸药爆炸后形成聚能射流侵彻煤体,随后形成的爆炸应力波沿着各自的方向传播,之后相遇叠加,相邻炮孔间距越大,应力波叠加所需时间越长且叠加应力越小;比较不同间距相邻炮孔间煤体单元应力,发现裂隙首先在炮孔周围产生,随着爆轰气体的传播,裂缝将主要沿着炮孔连线扩展。只要相邻炮孔间距得当,相邻炮孔间煤体区域相当于受到2次爆破作用,使得煤体裂隙充分发育并相互贯通,提高瓦斯抽采率。同时在平顶山开展了煤层多孔聚能爆破现场实验,结果表明多孔聚能爆破能有效提高煤体致裂程度,同时确定了多孔聚能爆破最佳相邻炮孔间距。     

孔压静探模型槽试验中土应力的变化规律

通过以粘土为介质的孔压静探(CPTU)模型槽试验研究，根据埋置在土中的微型土压力盒在贯入过程中所测到的土应力(轴向附加应力和径向附加应力)，分别分析了轴向和径向附加应力的变化规律，并进行了此较。然后根据所得到的轴向和径向附加应力值以及它们的变化规律，得到了由于探头贯入而产生的轴向和径向附加应力场，分析了轴向和径向附加应力场的特征以及它们之间的相似性和不同之处。     

地震波在巷道弹塑性围岩中传播规律的数值模拟研究

基于有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟了地震波在具有初始应力情况下的巷道弹塑性围岩介质中的传播过程,分析了该条件下地震波在巷道周边的传播衰减规律。研究结果表明：随着传播距离的增加,地震波传播呈负指数函数关系衰减;地震波加速度幅值在近源场衰减速度快,远源场衰减减缓;当巷道正前方发生挠动时,随着离巷帮的距离越远,地震波加速度幅值越小;巷道围岩的弹、塑性应力状态也是影响地震波传播过程的一个重要因素,在弹塑性围岩介质中传播时,地震波能量的损耗主要是由于波形的几何扩展和介质的塑性变形引起的。     

地质雷达在阳山隧道岩溶发育段的应用研究

针对岩溶发育段隧道施工过程中岩溶分布的复杂和多变对施工安全带来的潜在威胁,利用高频脉冲电磁波遇到不同介质反射后的时间差原理,使用地质雷达法对贵州毕节阳山隧道岩溶发育段进行精细化探测.通过数据处理和分析,对前方岩溶空腔进行准确预警,并通过超前钻探和揭露验证,证明地质雷达在岩溶发育段是一种高效的探测方法,可以对探测区域前方...