基于Ricker类子波的爆炸应力波传播规律研究

为了研究爆炸应力波在介质中的传播过程,采用Ricker类子波作为爆炸场源,建立了单孔条形药包爆破的有限元数值计算模型,分析了爆炸应力波的传播规律及其对介质质点的扰动特征。研究结果表明:爆炸压缩波(P波)在岩体中的传播速度快于剪切波(S波),但剪切波(S波)的衰减较慢;在爆炸应力波的作用下,介质中的质点首先表现出较大的径向位移,随后又产生较大的环向位移,爆源近区的介质可能因急剧压缩而被压碎,随后又因环向张拉位移产生径向拉裂纹;在径向位移和环向位移的共同作用下,爆生裂纹将呈现出不断波动扩展的特性;采用Ricker类子波作为爆炸场源研究爆炸应力波在介质中的传播问题,对于再现爆炸应力波的传播过程,深入分析爆炸应力波的传播及其与介质的作用机理具有重要意义。     

应力波在节理岩体中的传播特性探析

考虑岩石节理非线性法向特征,时域范围内理论分析了应力波在两个平行节理岩体中的传播规律。通过建立波在节理岩体中传播的数值差分模型,时域范围内推导并获得了纵波P波和横波S波垂直入射节理岩体的动力传播方程。可以同时考虑节理的非线性特征和节理间多次透反射的影响,并可求得任意时刻透射波和反射波的数值解。进一步通过参数研究分析了不同因素对应力波传播规律的影响规律,包括节理初始法向刚度、节理非线性系数、入射波频率和节理间间距等。研究表明：由于节理非线性因素以及节理间多次透反射的影响,波在多个岩体节理中的透射系数并非是波在单个节理中透射系数的简单叠乘。     

煤矿岩石巷道楔形掏槽爆破数值模拟分析

通过LS-DYNA数值软件模拟了煤矿岩石巷道楔形掏槽爆破,分析了爆炸应力波传播规律及被爆岩体底部的应力特征。结果表明:楔形掏槽爆炸开始后,应力波从炸药底端呈锥状向被爆岩体自由面方向扩展,并迅速与相邻炮孔的应力波开始叠加;应力波到达自由面,在自由面处发生应力波反射形成拉伸波,拉伸波与正向传播的压缩波继续叠加在岩体中继续传播,叠加有利于被爆岩体底部掏槽炮孔所包夹的岩石发生破碎,形成爆破槽腔。     

爆炸作用下冻结管振动响应规律研究

为了保证井筒冻结基岩段爆破掘进施工不致冻结管发生断裂,冻结井筒安全施工,对爆炸作用下冻结管的振动响应规律进行了研究。通过对爆炸应力波的近似简化和坐标变换,获得了纵波在冻结管周围发生散射时冻结管的应力场和位移场的复数形式。通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同温度下(-10℃、-15℃、-20℃和-30℃)冻结管对爆炸作用的振动响应规律进行数值模拟研究,以不同时刻下冻结管的压力云图和速度云图,以及冻结管的应力和速度随着温度的变化曲线分析冻结管对爆炸作用的振动响应规律。数值模拟结果表明:随着温度不断降低,冻结管的最大拉应力、最大压应力、径向振动速度和切向振动速度均不断降低;冻结管的最大拉应力大于最大压应力,径向振动速度大于切向振动速度。因此,可将冻结管的最大拉应力和径向振动速度作为井筒冻结基岩段爆破掘进施工的安全控制依据。此结论为现场冻结方案和爆破方案设计与实施提供依据。     

岩体中的节理裂隙对爆破影响的试验研究

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, 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。结果表明, 节理裂隙等结构弱面的存在严重阻碍了爆炸能量均匀分布, 因此在爆破设计和施工中, 应尽量使炮孔与结构弱面垂直布置, 如果遇到含有夹层情况宜加大装药量;炮孔与结构弱面平行时, 应尽量减小炮眼孔距和最小抵抗线, 尽量采用单孔螺旋掏槽。     

用数值模型研究爆破漏斗的形成

将一种新开发出来的破坏模型用于漏斗爆破岩体破坏机理的研究。模拟结果显示出,由于炸药爆炸,央体中产生压缩破坏,强烈的压力波在岩中产生的受压圈以以膨胀波速率的向四周传播,在炸药周围形成破碎带。随着受压圈离开破裂带的禹外传播,在与径向应力垂直的方岩上产生的张应力导致岩体发生张破坏,在炸药周围形成破坏带,破坏带的形成与炸药埋藏深度无关,不受自由面反射波干扰。当受压圈到达自由面对产生反射,引起岩体破坏,在地     

深部开采复合顶板离层稳定性判别

为研究深部开采复合顶板力学机理,分析离层稳定性判别标准及依据,采用数值模拟方法分析了不同条件复合顶板结构面剪应力、法向拉应力和离层分布特点.结果表明:法向拉应力是结构面中部离层的主要原因,可用法向拉应力作用范围作为结构面离层范围,并作为离层稳定性判别标准,结构面离层范围及其离层值分布具有相关性,结构面离层范围扩展使结构面不同位置离层值分布趋于均匀,但对结构面最大离层值影响并不显著,以离层值作为离层稳定性判据时,应采用允许离层范围两端离层实测值与临界值进行比较来判别.     

基于3DEC的节理裂隙岩体爆破传播规律的研究

根据结构面的能流关系,研究了地震波穿越结构面的能量消耗。基于遵义某台阶爆破开挖实例,利用了3DEC离散元数值模拟软件计算了不同节理裂隙工况下的爆破应力波传播规律,并分析了爆破过程中最小主应力的变化过程。模拟结果表明:爆破冲击波的传播衰减强度与岩体节理裂隙的发育程度相关,裂隙越密集,应力波衰减越快,裂隙成相交状态时,同一位置处爆破作用力越小,岩体不易破坏。     

断续节理相互作用的数值模拟

运用岩石破裂过程分析RFPA2D系统，研究了断续节理岩体中裂纹的产生与扩展机理，不同断续节理分布岩体的变形、破坏过程以及节理之间的相互作用和影响规律.研究指出，共线节理的裂纹产生并不相互影响，其裂纹扩展是各自独立地平行于压应力方向;左梯式节理的裂纹产生是相互作用的，主生裂纹沿压应力方向扩展，而次生裂纹沿垂直于节理面方向扩展一定长度后转向水平方向很快贯通于相邻节理;右梯式节理的裂纹产生并不相互作用，主、次生裂纹形成后各自沿压应力方向扩展，并不会贯通于相邻节理.裂纹的扩展是由于裂纹尖端的拉应力作用的结果.当节理在压应力作用下所产生的次生裂纹扩展达到相邻节理后，岩体就会产生贯通裂纹而破坏.     

爆炸冲击波主频对地震勘探激发效果的影响分析

研究爆炸冲击波主频对于地震勘探具有重要的意义。采用离散元方法建立了含一条节理岩体的数值计算模型,分析了爆炸冲击波主频对地震勘探激发效果的影响。在炸药爆炸传播至岩体的爆炸冲击波频率中,接近岩体自振频率的成分所占比例越大,质点的直达波和反射波振动能量越大,反射波有效信号能量百分比相对较高;岩体动能、系统释放能和总能越大,岩体塑性能越小。数值模拟过程结果表明,炸药激发效果较好时对应的爆炸冲击波主频等于130 Hz。     

纵波模式下的煤岩体动态响应特性与损伤机理

以圆柱煤岩体为研究对象,基于纵波的传播特征与波动控制方程,得出了纵波传播的频率方程,建立了纵波模式下位移、应变、应力、振速与能量动态力学计算模型。仿真计算结果表明:低阶纵波模式下,圆柱煤岩体中应力波的振动较为平缓,可近似认为是准静力载荷作用,煤岩体以剪切破坏为主,而且初始破坏位置主要分布在圆柱煤岩体底面(作用面)且临近表面的区域。高阶纵波模式下,沿圆柱煤岩体径向方向,位移、应变、应力、振速及能量的振动幅值均随着半径无量纲的增大呈现出衰减趋势,大致符合幂函数关系;剪切应力、应变振幅的极值最大,能量衰减速度最快;而且值得注意的是径向、轴向应力/应变振动幅值随着半径无量纲增大逐渐趋于一致,而且方向趋于相反。由此分析可知:圆柱煤岩体在无围压条件下易发生脆性劈裂破坏,主要由拉应力导致;在有围压条件下易发生近似圆锥形破坏,主要属于拉剪破坏;圆柱煤岩体底面(作用面)圆心处的位移、应变、应力、振速及能量动态变化幅值均最大,因此煤岩体损伤破坏的初始位置应为此圆心处。     

裂隙岩体爆生裂纹扩展机理数值模拟研究*

为研究裂隙岩体爆破裂纹扩展机理,采用LS-DYNA软件模拟含竖向单裂隙、水平单裂隙和竖向平行裂隙的岩体爆破过程,并讨论原岩应力对裂隙岩体爆破的影响。结果表明：炮孔连线中心处存在竖向单裂隙时,孔间裂纹均能实现贯穿,裂隙有闭合的趋势,且裂隙的存在有利于提高孔间岩石的破碎程度。炮孔连线处存在竖向平行裂隙时,裂隙尖端萌生的翼裂纹可以贯通,但平行裂隙之间无法实现良好的破岩效果。水平裂隙距炮孔较近时,应力波透射至裂隙面背爆侧后会产生较多拉伸裂纹。水平裂隙距离炮孔较远时,裂隙的阻隔作用较明显。在静水地应力作用下,岩石径向拉伸裂纹和尖端翼裂纹的萌生与扩展均受到抑制作用。在非静水地应力作用下,裂纹扩展在最小主应力方向受到的抑制作用更大,且该抑制作用随最大主应力的增大而增大。     

基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型

针对华南地区突出矿区分布广泛、煤与瓦斯突出事故严重的现状,结合该地区地质构造复杂构造煤广泛分布和大部分矿井采用炮采炮掘工艺的特点,提出一种基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型,并对该模型进行了理论分析。研究表明:爆炸应力波在传播过程中形成的稀疏波会引起该波经过的区域密度减小、体积增大,煤层瓦斯压力降低,进而破坏煤体瓦斯原有吸附平衡状态,大量吸附瓦斯解吸导致煤层瓦斯压力上升;当掘进工作面前方煤体一定深度存在构造煤带时,爆炸应力波从掘进工作面爆源传至未破坏煤体与构造煤带交界面,由于爆炸应力波的反射加强作用使构造煤迎波一侧未破坏煤体产生拉伸破坏,而掘进工作面前方存在的应力集中带不会引起爆炸应力波对煤体产生反射拉伸加强破坏作用;掘进工作面向构造煤带推进需要周期性的爆破作业,爆炸应力波的强度随着距爆源的距离增加而衰减,产生的爆炸应力波对煤体的瓦斯解吸作用和破坏作用不断增强,产生爆炸应力波的累加效应。     

邻近爆破下不同形状巷道围岩裂纹扩展规律

为了解巷道断面形状对爆炸载荷下邻近巷道围岩裂纹扩展规律的影响,采用模型试验和扩展有限元(XFEM)方法展开详细研究。试验研究表明:爆炸载荷下,当原有裂纹扩展通过邻近巷道围岩原有裂纹尖端影响区、应力波传播过程产生的环向拉伸区和自由面反射波影响区时,扩展方向有所不同;巷道断面形状主要影响原有裂纹后期扩展方向,巷道断面形状不同,自由面反射拉伸波的拉伸应力方向不同;由于拉伸应力方向一般垂直于自由面,直墙拱形巷道和圆形巷道围岩中原有裂纹扩展后期偏转向弧形自由面切向方向,近似"层裂"现象扩展;矩形巷道围岩原有裂纹扩展方向与直墙反射波拉伸应力作用方向平行,裂纹扩展不受影响,仍沿近似水平方向与自由面贯穿。     

用数值模型研究爆破漏斗的形成

将一种新开发出来的破坏模型用于漏斗爆破岩体破坏机理的研究。模拟结果显示出,由于炸药爆炸,岩体中产生压缩破坏,强烈的压力波在岩体中产生的受压圈以膨胀政速度向四周传播,在炸药周围形成破碎带。随着受压圈离开破碎带向外传播,在与径向应力垂直的方向上产生的张应力导致岩体发生张破坏,在炸药周围形成破坏带。破坏带的形成与炸药埋藏深度无关,不受自由面反射波干扰。当受压圈到达自由面时产生反射,引起岩体破坏,在地表形成另一个破坏带。模型还揭示了炸药理课是这两个破坏带相关性的控制因素。块度计算结果正如实际爆破中观察的那样,随着炸药理深增大;平均块度变大,块度均匀性降低。     

露天矿山柱状药包爆炸应力波衰减规律研究

基于某露天矿山进行的爆破应力波测试实测结果,计算出测点峰值应力和拉伸应力峰值,并对爆炸过程中的应力波进行研究。然后将理论分析、现场试验等方法有机地结合,分析柱状装药台阶炮孔爆破爆破应力波传播的基本规律,得到了露天矿山柱状药包条件下爆炸应力波衰减规律。     

基于FLAC3D模拟的深部岩体爆破损伤规律研究

在高应力和爆炸载荷共同作用下,深部岩体的损伤和破坏将是一个复杂的动态演化过程。为了对深部岩体爆破损伤破坏的机理及影响因素进行深入细致的研究,利用FLAC3D非线性动力分析手段对不同爆炸峰值应力、不同加载速率及不同静应力对岩体爆破损伤量的影响进行研究,同时探讨了爆破损伤破坏区域随动态加载时间的扩展规律,以定性和定量的方式对爆炸后损伤区进行分析和评估。研究表明：不同峰值应力主要影响应力波上升阶段岩体损伤区域和损伤量的大小,不同的加载速率主要影响损伤区的发展速度,而不同的静应力主要影响拉伸破坏区域的最终形态及拉伸破坏量。研究为深部岩体爆破开挖设计提供一定参考。     

Breaking of rocks with explosion of a concentrated explosive charge

Conclusions As a result of carrying out studies of the mechanism for the effect of explosion of a charge in rock, it is established that MAC growth and development of main cracks under the action of an explosive stress wave leads to blocking of the process of MD accumulation in rock. Retardation of the crack-formation process is provided by the creation of short explosive pulses. State Scientific-Research Institute of Chemical Raw Materials Obtained by Mining (GIGKhS), Lyubertsy. Translated from Fiziko-tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No.5, pp. 55–60, September–October, 1990.     

预裂爆破参数的理论计算及应用

爆炸应力波及爆生气体在损伤岩体中形成的应力场衰减规律及破岩机理是预裂爆破参数计算的基础。根据孔壁初始冲击压力与岩石强度的关系,得出了预裂爆破不耦合系数范围。然后,分析了损伤岩体中爆生气体形成的静态应力场,得出了预裂爆破形成的初始裂隙圈和炮孔间距。最后,以紫金山露天矿为试验现场,对理论研究进行了验证,为露天矿深孔预裂爆破的施工设计提供了参考依据。