爆炸荷载下泡沫铝复合结构耗能性能分析

爆炸荷载产生的冲击波可能会对人员和建筑物结构造成极大的损伤,提出泡沫铝与钢板组成的复合缓冲耗能装置,以期对人员和建筑物结构达到有效的保护作用,为此,对其耗能性能进行了分析。采用有限元数值分析的方法研究了爆炸荷载作用下复合缓冲耗能装置对空气冲击波的衰减特性,并对这种复合缓冲耗能装置进行了优化设计,分别对不加任何保护层、仅加一层钢板保护层、加钢板和泡沫铝复合保护层三种结构在爆炸冲击荷载下的空气冲击波超压特性进行数值模拟。结果表明,泡沫铝复合保护层对减轻作用到结构上的爆炸荷载及降低空气冲击波超压峰值具有非常显著的效果,而且复合缓冲装置中的泡沫铝层厚度是具有一个最优的厚度值。利用该装置能够有效的降低爆炸所产生的空气冲击波超压,能够保护人员及结构的安全。     

爆炸荷载作用下拱坝动力响应分析

高坝因其巨大的库容,在发挥显著经济效益和社会效益的同时,其安全问题也越来越受到关注。在当今战争条件下或在恐怖袭击中,巨型高坝极有可能成为敌人重点攻击目标,大坝一旦遭受炸弹攻击和破坏,将会给所在国家和人民造成不可估量的损失。以某碾压混凝土拱坝为研究对象,建立拱坝三维有限元模型,对爆炸荷载作用下拱坝的动力响应进行分析,可以为混凝土高拱坝的抗爆安全性能评估及抗爆设计提供参考和借鉴。     

非均匀介质在动荷载作用下的裂缝扩展研究

运用岩石破裂过程分析软件RFPA-dynamic,通过对模型预置一组裂纹,研究裂纹倾角、岩桥倾角及双向荷载对裂纹扩展方式的影响。结果表明:1单向动荷载作用下,裂纹倾角和岩桥倾角对裂纹扩展方式几乎没有影响,裂纹大致沿与荷载垂直的方向扩展;2单向动荷载作用下,声发射释放累积能量的过程大致分为4个阶段;3双向动荷载作用下,随着荷载比率的减小,裂纹的弯曲弧度增大,逐渐与水平荷载垂直;4双向动荷载作用下,岩桥倾角一定时,随着裂纹倾角的增大,裂纹扩展偏向竖直方向;5单向静荷载作用下,裂纹倾角和岩桥倾角对裂纹扩展方式有显著影响,而单向动荷载作用下,其对裂纹扩展方式却几乎无影响。     

钢管混凝土柱的爆炸响应数值分析

为明确钢管混凝土柱的抗爆特性,采用显式动力有限元分析软件ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ,基于多物 质流固耦合法,建立了构件、空气和炸药的数值模型,对钢管混凝土柱在爆炸荷载下的动力响应和破坏 形态进行了模拟分析。结果表明:爆炸荷载下钢管混凝土柱的破坏类型与作用其上的超压峰值及正压 作用时间直接相关,三种典型破坏形态分别是,低超压峰值－高持时爆炸荷载作用下,发生弯曲破坏;高 超压峰值－低持时爆炸荷载作用下,发生剪切破坏;二者之间,发生弯剪破坏;对比方形截面,圆形截面 柱具有更强的抵御爆炸荷载的能力;核心混凝土强度等级的增强以及含钢率的提高,可有效降低柱中点 水平残余变形;提高钢管屈服强度,可降低柱中残余变形,当钢材强度等级≥345ＭＰａ时,继续增大屈服 强度对提高钢管混凝土柱的抗爆性能意义不大。     

爆破荷载对隧洞围岩稳定的影响研究

该文以数值模拟为主要手段,研究隧洞爆破开挖施工引起的围岩动力响应及其对围岩稳定性的影响.研究表明,隧洞爆破开挖施工时,爆炸冲击荷载会在短时间内造成围岩的破坏,随后主要以爆破振动的形式作用于近区围岩.     

交通荷载对土石坝安全影响的数值模拟研究

文章以哈尔滨双城区石人沟水库土石坝为例,利用数值模拟的方法展开交通荷载对大坝安全影响的研究,结论可以为土石坝工程设计提供一些参考。     

爆炸应力波在层状节理岩体中传播规律及数值模拟

为了得到爆炸应力波在层状节理裂隙岩体中的传播与能量衰减规律,以便更好地研究围岩结构动力稳定性,以凤凰山铁矿为研究背景,建立了2种巷道模型:一种在巷道上方预设2个平行的水平节理,另一种不含节理。通过进行相似理论与试验研究和FLAC^3D数值模拟软件的非线性动力反应对比分析,在输入爆破荷载后,分析在不同时刻和位置时,完整岩体的地质力学模型和节理岩体的地质力学模型的爆炸应力波质点速度。结果表明:爆炸应力波在节理岩体中的衰减比在完整岩体中的衰减快;在同一质点处,各方向上的衰减各不相同,并且2种方法的结果几乎相同。研究成果为爆破应力波规律的把握和对巷道进行支护提供了重要的理论依据。     

交通荷载对土石坝安全影响的数值模拟研究

大坝坝顶道路往往具有交通承载要求,因此分析交通荷载对大坝安全的影响具有重要的理论和实践价值。文章以哈尔滨双城区石人沟水库土石坝为例,利用数值模拟方法展开交通荷载对大坝安全影响的研究,结论可以为土石坝工程设计提供参考。     

几种典型屏障物对爆炸防护影响的数值模拟

利用流体动力学理论和动力有限元方法，对一受爆震波作用下的离心机模型试验结果进行了数值模拟与比较,并给出了几种典型屏障物对爆炸防护的影响.     

向家坝水电站左岸300m高程以上边坡开挖工程施工控制爆破技术

向家坝水电站工程是继三峡、溪洛渡工程之后的国内第3个大型水电站工程,是在金沙江流域开发上与溪洛渡同时规划设计和施工的水电站.向家坝左岸300 m高程以上边坡开挖工程是其开工以来的第1个主体施工标,与该项目隔江相望的是中国云天化公司的厂区和生活区,故在施工中控制爆破成为该项目的核心.通过采取控制爆破技术措施,该边坡开挖取得了良好的效果.     

高地应力区层状围岩斜竖井施工爆破数值模拟

为了解决层状围岩爆破开挖断面难成形以及层状围岩在爆破开挖时的超、欠挖的问题,运用三维有限元的分析方法,对布仑口-公格尔水电站斜竖井围岩进行了数值模拟分析.通过对掌子面周边围岩观测点数据分析,得出地应力对爆破震动的一些影响,以及层状围岩圆形断面隧洞最危险的破坏发生区和爆破震动波的传播规律,并对层状围岩圆形隧洞爆破超挖给出具体的建议,为层状围岩爆破开挖的施工和设计提供了参考思路和依据.     

玉瓦水电站引水隧洞爆破开挖损伤特性研究

以玉瓦水电站引水隧洞的钻爆开挖为例,选取一典型开挖断面,利用三维动力有限元数值软件(LSDYNA)模拟分析了隧洞围岩在爆破开挖过程中的损伤演化过程,重点研究了围岩中实际存在的节理面以及初始地应力场对于爆破损伤演化特性的影响。研究结果表明:爆破开挖过程中,垂直于节理面方向上的损伤受到了抑制,而平行于节理面方向上的损伤被加剧;在较低地应力条件下,初始地应力场有助于减弱爆破损伤的发展。     

水环境对水下钻孔爆破影响机制研究

为研究水下钻孔爆破中水环境对爆破效果的影响机制,以重庆新白沙沱长江特大桥3号墩基础水下爆破工程为例,对水下爆破钻孔爆破作用原理进行了分析,并使用ANSYS/LS-DYNA有限元程序分别对水下钻孔爆破与陆地钻孔爆破过程进行了数值仿真计算。在数值计算的基础上,结合爆破漏斗试验结果、冲击波特性和水介质固有特性,对陆地钻孔爆破和水下钻孔爆破的动力响应特征展开对比分析。研究表明:由于水环境的存在,水压的影响使水底界面附近的Mises等效应力小于同位置的陆地钻孔爆破处数值;在相同压力下,水下爆破漏斗体积均小于陆地爆破漏斗体积,在相同的药量条件下,水越深产生的爆破漏斗体积越小;同陆地钻孔爆破相比,水环境的存在会加快爆炸冲击波的衰减,从而削弱破岩效果。     

考虑三维应力旋转的隧洞衬砌支护时机研究

基于岩体裂隙的扩展机理对隧洞开挖过程进行数值模拟,通过对模型中计算点岩体的应力路径分析表明,随着隧洞挖掘的深入,其顶部岩体的第三主应力方向由竖直向下旋转至沿洞壁的切线方向,隧洞边墙岩体的第三主应力方向一直维持不变。当掌子面推进至超过计算点3m左右时,顶部计算点岩体的应力旋转趋于稳定。对隧洞顶部计算点岩体的位移路径分析表明,沿隧洞纵剖面观察,其顶部岩体的位移方向与竖直方向(向下为正)的夹角随掌子面地推进逆时针从42°变化至-3°,同样也是在掌子面推进至超过计算点3m左右时位移方向变化趋于稳定,因此应该在此时对围岩进行衬砌支护。     

基坑开挖对临近土体三维应力的影响研究

为研究基坑开挖对临近土体三维应力状态的影响,以天津市河东区某基坑工程为背景,采用一种三维土压力盒,在现场对整个基坑开挖过程中周围土体的三维应力状态进行监测,并将实测应力与有限元模型模拟结果加以对比,研究土体三维应力、主应力和主方向的变化规律。结果表明：基坑开挖对临近土体的作用并非纯加载或纯卸载;开挖过程对临近土体三维应力状态的影响主要体现在正应力上,对剪应力影响较小;主方向会随着基坑开挖而发生偏转,最大偏转角度达到110°;3个偏转角α、β、γ在第1段开挖时均出现向0°变化的趋势;α、β角的变化曲线大体表现出关于0°对称的特征。     

壅水情况下非均匀流糙率系数研究

非均匀流的水力特性不同于均匀流,水力特性的变化有可能引起糙率的变化。本文采用数值模拟的方法,运用立面二维数学模型对壅水情况下的明渠非均匀流进行模拟,研究非均匀流情况下水力特性和糙率系数的关系。研究表明:壅水情况下,非均匀流能量损失沿程减小,但糙率系数却是沿程增大的。非均匀流中能量损失及糙率系数之间的这种关系是不同于均匀流的,这是非均匀流不同于均匀流的特点之一。根据数值计算结果,拟合得到了较为实用的壅水情况下明渠非均匀流糙率的计算式。将该式用于水库回水水面线计算得到的结果与采用均匀流糙率的计算结果差别较明显,说明采用非均匀流糙率进行水库回水水面线计算是必要的。     

非均匀地质体内渗流场数值模拟分析

基于饱和-非饱和渗流理论,针对复杂层状地质体内不同渗透特性介质的空间分布情况,以克立格插值建立模型,并对水流在其内部的动态变化进行数值模拟,分析了地质体内压力水头的分布变化规律,进而得到水流在非均匀地质体内的渗透变化规律。数值模拟结果表明:均匀地质体内压力水头连续分布,非均匀介质体内的压力水头在不同渗透性介质的交界面处出现转折,渗流速度的方向也随着介质的不同分布发生改变。     

深埋隧洞连续爆破开挖围岩应力演化规律

针对高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖过程,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件模拟分析了围岩应力演化规律。通过对比分析准静态地应力重分布、地应力重分布与爆破荷载耦合作用2种工况,获得了高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖推进过程中的围岩应力演化规律及影响因素:深埋隧洞围岩主要表现为高地应力作用下的剪切破坏,隧洞连续爆破开挖卸荷过程中地应力重分布是洞壁远区围岩应力场改变的主要原因,炸药爆炸产生的爆破荷载只对炮孔附近的围岩应力产生影响,使炮孔附近围岩产生爆破张拉损坏。就本算例而言,连续爆破开挖卸荷只对掌子面后方约4 m范围内围岩产生影响,连续2个循环进尺后隧洞围岩应力场基本趋于稳定。