爆破振动对混凝土初凝期强度影响规律及降震试验研究

为研究爆破振动对早龄期混凝土结构的影响规律,提出适合于现场应用的降振措施。以某矿山新建破碎站工程为背景,开展爆破振动扰动下的混凝土模型试验,并采用回弹仪测量混凝土强度变化。结果表明：受爆破振动前后,模型试块不同龄期回弹值随爆破振动速度的增大均呈“波浪式”上升走势,且存在一段“加速破坏期”,当模型初凝期第3d、第7d、第14d、第28d时,“加速破坏期”对应振动速度范围分别为：1.34cm/s~1.57cm/s、1.64cm/s~2.7cm/s、2.4cm/s~3.5cm/s、3.9cm/s~4.39cm/s;通过理论计算得出爆破振动速度关于爆源距离、炮孔轴向不耦合系数之间的关系式,结合矿山爆破工艺参数,选取空气层长度1m、1.5m两种方案,计算得出相同距离下爆破振动减震率分别为11%、16%,现场试验实际降振率分别为8.99%、17.84%,考虑矿山冲孔现象严重,确定最优空气层长度为1m。     

硫酸盐腐蚀与冻融共同作用下井壁混凝土损伤劣化研究

通过试验研究了初始损伤井壁混凝土随硫酸盐腐蚀和冻融循环次数的增加,其质量、超声波传播速度及强度等的变化,运用损伤力学对损伤进行定量评价和参数拟合并借助环境扫描电镜观测分析混凝土微结构的变化。试验结果表明,随着腐蚀和冻融周期循环次数的增加,混凝土的质量呈先增大后迅速减小,超声波传播速度和抗压强度逐渐减小,初始损伤加剧了混凝土性能的劣化;冻融在混凝土损伤劣化中起主导作用,其引起的破坏作用远大于硫酸盐腐蚀。在冻融因素作用下,初始损伤对混凝土性能劣化的影响明显增强;腐蚀和冻融的叠加作用引起混凝土内部微裂纹的产生和连通,而初始损伤的存在使得微裂纹网络体系更加发达,呈现龟裂状延伸和扩展。     

微波作用下砂岩孔隙结构演化及强度劣化的试验研究

为研究岩石经微波作用后的细观损伤演化及强度劣化,选取红砂岩为试样,采用核磁共振技术探究了不同微波功率作用下红砂岩孔隙结构演化特性。同时,结合超声波波速测试与岩石力学强度测试等手段对核磁共振的结果进行了验证。结果表明:试样经微波作用后,由于红砂岩内部不同矿物成分对微波的敏感度不同,使红砂岩内部产生热应力差,从而使其内部孔隙度增大、超声波波速减小、单轴抗压强度减小;并且微波作用功率越大,其孔隙结构及强度劣化结果越明显。分析结果表明,微波对红砂岩的孔隙影响及强度劣化主要归因于内部水分丧失及内部矿物颗粒间相互压拉。     

早龄期充填混凝土力学行为超声波表征

为研究早龄期巷旁充填混凝土损伤破坏超声波预测方法,制备了7,14,21,28d等4种早龄期充填混凝土试件,采用扫描电镜观测其微观形貌,并进行单轴压缩力学特性测试,分析了充填混凝土损伤累积过程中连续超声波参数变化规律。试验结果表明：随着龄期增长,充填混凝土试件内部结构逐渐致密,使得混凝土单轴抗压强度、弹性模量呈非线性递增,泊松比呈非线性递减,超声波波速、主频幅值呈递增关系;主频幅值表现出与试件裂隙扩展有很高的相关性,根据主频幅值极值点确定了裂隙闭合应力点σ’cc及损伤应力点σ’cd,并依据特征应力点划分了裂隙发育的3个阶段,可以将主频幅值的极大值点作为充填混凝土失稳破坏的前兆信息,为巷旁充填混凝土承载性能超声波预测提供了理论基础。     

全尾砂胶结充填体分层特性试验研究

在分段或阶段嗣后充填采空区中全尾砂胶结充填体的分层现象较为常见。基于此，以程潮铁矿所取尾砂及相关基础资料为试验基础，采用一次充填分别制作灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的全尾砂胶结充填体试样，进行单轴压缩胶结充填体超声波波速监测试验，获取胶结充填体试样破坏荷载及超声波波速，探讨不同灰砂比的充填体试样超声波波速分层变化特征，结合颗粒粒级特征，揭示全尾砂胶结充填体分层机理。试验结果表明：（1）通过对不同灰砂比、不同分层测点进行对比分析，得出超声波波速变化规律为：① v（上）＞v（中）＞v（下），② v（1∶4）＞v（1∶6）＞v（1∶8）＞ v（1∶10）；（2）结合颗粒粒级特征，表明全尾砂胶结充填体的分层变化特性是由于充填体试样内部颗粒间的排列方式及紧密程度之间的特征而导致；（3）全尾砂胶结充填体分层现象对充填体的强度影响较大，颗粒密实程度越好、颗粒排列越均匀，越能更好地对其强度进行表征。研究结果可为程潮铁矿极其类似矿山的充填生产实践提供有效指导意见。     

新浇混凝土爆破振动传播规律试验研究

为揭示新浇混凝土的爆破振动传播规律,设计了新浇混凝土试块超声波和爆破振动测试试验。试验结果表明:0～3d内,各测点峰值振速随爆破次数和龄期的增加整体上呈上升趋势,且近中区测点出现下降后再反弹回升现象;3d后,各测点峰值振速随着爆破作用次数的增加总体上减小,3～5d的减小幅度较6～8d的显著,在6～8d内,中远区测点振速随着爆破作用次数的继续增大有突然增大的过程。在前6次爆破中,K值快速增大,α值快速减小;随后随爆破次数增加K值总体上呈降低趋势,且随着爆破作用次数的增加降低幅度由大变小,而α值整体上是缓慢增加的,但随着爆破作用次数的继续增加存在有突然减小的过程。0～3d内的超声波波速随龄期和爆破次数的增加呈严格递增规律,3d后超声波变化与振速变化类似。     

高寒地区厚煤层上冻土体冻融循环后破坏特征研究

为了揭示高寒地区厚煤层上冻土体冻融循环破坏特征,以高寒地区厚煤层上冻土体为研究对象,采用电液伺服岩石单轴实验机进行岩石力学试验,利用非金属超声波检测仪测试人工试件波速,得到了在不同含水量下冻融循环次数对于冻土体结构、峰值强度、弹性模量以及裂隙发育的影响特征。研究结果表明,随着冻融循环次数增加,一定含水率条件下的人工冻土试件的峰值强度-冻融循环次数和弹性模量-冻融循环次数的拟合函数关系曲线均为“开口向下”的抛物线,弹性模量以及峰值强度的降幅取决于应变累积速度以及损伤发展速度;随着冻融循环次数增加,人工冻土试件的波速逐渐减小,即内部孔隙、裂隙发育状况良好。从细观力学角度分析,历经数次冻融循环后,冻土渗透系数逐渐增大,水分迁移速度加快,冻胀力作用效果明显,细颗粒土逐渐被压实,同时产生大量的新生微裂隙,孔隙率逐渐增大。     

典型硫酸盐环境中氢氧化钡对混凝土性能改善及机理

通过试验比较不掺/掺加氢氧化钡混凝土在典型硫酸盐环境中质量、超声波传播速度、强度等宏观性能的变化,并采用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射及热重-差热分析等微观试验手段观测腐蚀引起微结构和腐蚀产物组分的变化,探讨氢氧化钡对混凝土腐蚀劣化的影响机理。试验结果表明:(1)掺加氢氧化钡的混凝土腐蚀劣化速率减缓,腐蚀引起的质量和波速的变化幅度均降低,腐蚀300 d后不掺/掺加氢氧化钡混凝土强度较腐蚀前分别下降17%和3%,氢氧化钡的掺入削弱了硫酸盐腐蚀的破坏程度;(2)相比普通试件,同样腐蚀时间下,掺加氢氧化钡试件的内部结构更完整致密,钙矾石、石膏等腐蚀产物含量有所降低,伴有硫酸钡生成,且随着腐蚀时间延长,掺加氢氧化钡试件内腐蚀产物数量较普通试件显著降低;(3)掺入氢氧化钡的试件内部同时发生了硫酸钡和钙矾石的生成反应,2者存在竞争性,硫酸根优先与氢氧化钡反应生成硫酸钡沉淀,硫酸钡沉淀阻塞硫酸盐溶液入侵的孔隙通道,进一步延缓了腐蚀反应的进行。     

爆破振动对上游式尾矿坝安全的影响

通过实测某矿业公司采场爆破在尾矿库基础坝处的振动加速度,将实测爆破振动加速度信号进行变幅处理后加载到依据实际尾矿库建立的有限元模型中。通过改变爆破振动幅值强度,系统研究了爆破振动对尾矿坝稳定系数、尾矿坝内孔隙水压力以及剪切应力的影响。研究表明：爆破振动对尾矿库影响存在振动强度临界值,当爆破振动强度小于临界值时对尾矿坝安全是有益的,而大于临界值则是有害的。通过有限元计算,综合安全稳定系数、孔隙水压力和最大剪切应力的变化,得出尾矿坝基础坝处的爆破振动临界加速度为0.266g,对应的振动速度为13.6 cm/s。若考虑应留有3倍以上安全储备量,则安全允许振动加速度0.089g,振动速度为4.5 cm/s。这一爆破振动速度安全判据对于类似尾矿库也具有参考意义。     

基于超声波检测的岩体裂隙及注浆影响的试验研究

基于超声波检测速度快、对试样尺寸和形状要求低并且可以反映岩石强度的特点,通过室内试验模拟岩体裂隙及注浆过程,应用超声波检测技术测定岩体在不同裂隙宽度下声波传播速度,并对比分析了岩体注浆前后、干式状态及湿式状态的波速变化规律。结果表明:不同岩性的岩石波速差异较大,同一岩性的岩石,其波速也不尽相同,灰岩中波速相对最高,其次是砂岩,泥岩中波速相对最低;各类岩性的岩石纵波波速均随着裂隙宽度的增大而减小;在同一裂隙宽度下,随着含水量增加,波速增大;注浆后与未注浆时相比,波速也明显增大。通过本试验不仅认识了岩体裂隙及注浆的波速变化规律,同时试验也证实了利用超声波测试岩石内部声波速度是评价裂隙岩体注浆加固效果的一种有效手段。     

爆破地震波作用下含断层结构面高陡边坡动力响应分析北大核心

为了防止白马铁矿及及坪采场含断层的岩质边坡受爆破振动作用发生失稳,利用小波分析对现场监测点爆破地震波进行频谱能量分析,得到断层影响下高陡边坡爆破振动波传播规律,同时根据实际边坡建立边坡模型,分析在爆破振动作用下边坡断层岩体劣化效应对边坡动力响应及损伤规律的影响。结果表明:1)当爆破地震波在含断层结构面的高陡边坡中传播时,断层结构面对爆破地震波在边坡中的传播规律影响显著;2)爆破振动波在断层岩体区域传播时,断层岩体力学强度对振动波的传播有明显的影响,断层力学强度越低,对振动波的传播阻隔效果越明显。断层岩体力学强度的劣化加速了爆破振动波传播的衰减;3)不同断层岩体参数劣化工况下爆破振动下边坡损伤有明显变化,随着断层岩体力学强度的劣化,边坡抵抗变形能力减弱。     

黑岱沟露天煤矿高台阶抛掷爆破混凝土模型的相似材料配比试验研究

小尺寸模型试验在爆破机理研究中具有重要作用,相似材料的选取是模型试验的前提。以准格尔黑岱沟露天煤矿高台阶抛掷爆破为原型,利用量纲分析法确定了模型与原型之间的相似关系,采用河砂、碎石（<7 mm）、石膏、水泥、水等相似材料成分按照5种配比制作了标准试件,对标准试件进行单轴抗压强度试验和纵波波速测试试验,得到了各配比相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、波阻抗等物理力学参数;同时制作了5种配比下的圆柱体素混凝土模型,通过单孔爆破漏斗试验算出各配比相似材料的单耗,最终选取了合适的模型材料配比,该配比可用于下一步的高台阶抛掷爆破模型试验。     

周期性爆破振动下围岩的损伤累积效应

采用现场测试的方法对岩石巷道爆破近区的振动进行测试,随着掘进工作面的推进,得出了爆破振动沿巷道侧壁的传播衰减规律;利用超声波测试技术对巷道侧壁的损伤规律进行研究,揭示了爆破振动下岩体的损伤累积规律。研究发现：在爆破近区15 m内爆破振动衰减缓慢,之后有一个急剧衰减过程,掘进工作面推进到25 m时,爆破振动衰减到1 cm/s左右。通过比较发现斜线法更适于巷道侧壁的损伤测试,工作面推进到10~20 m时损伤度急剧增长。综合分析爆破振动与声测结果得出：在周期性爆破振动载荷下垂直于测试孔方向的微裂纹得到优先发展,爆破振动的衰减是岩体内部损伤发展的外在表现。     

矿井环境中混凝土材料腐蚀损伤演化与机理分析

通过试验模拟地下复杂环境中混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环耦合作用下混凝土受力特点和损伤演化,测试和分析了不同腐蚀时期混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、质量和超声波速的变化及加载受荷过程中应力应变曲线变化,运用损伤力学,对腐蚀损伤进行多指标全面评价。分析受荷过程中腐蚀损伤对混凝土应力-应变关系的影响。结合腐蚀时间和应变对混凝土损伤扩展的影响,建立受蚀混凝土的受荷损伤模型。采用环境扫描电镜（ESEM）和X射线衍射（XRD）分析受蚀混凝土的微观结构演化。试验结果表明：① 混凝土受到硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用,抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的经时变化规律大致相同,均呈现先增大后减小,其中劈拉强度和抗折强度对侵蚀引起的损伤更加敏感,劣化更加明显。通过数据回归得到以各性能指标为损伤变量的混凝土腐蚀损伤演化方程,得到不同损伤因子之间的线性函数关系;② 随着腐蚀环境的长期作用,腐蚀损伤混凝土试件峰值应力减小,峰值应变增加,弹性模量和峰值变形模量均有所降低。通过数学模型将腐蚀损伤和受荷损伤统一起来,表征混凝土受到的环境腐蚀、荷载及损伤之间的作用关系;③ 腐蚀产物钙矾石和石膏的膨胀作用和硫酸钠的结晶压在试件内部形成微破裂,随着腐蚀的加剧,微破裂逐渐增多和扩展。     

嗣后充填采场爆破与充填体稳定协同效应研究

嗣后充填采场二步采过程中,兼顾爆破破碎效果和充填体稳定对于矿山高效、安全开采有重要意义。通过分离式霍普金森压杆（SHPB）试验获得矿石和充填体的动力学参数,以此为基础,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同孔底距、排间距和充填体保护层厚度等多种方案的爆破效果及充填体响应进行模拟分析,并通过山东金鼎铁矿现场爆破监测数据,拟合了质点振动速度的萨道夫斯基公式,结合数值模拟结果,分析应用数值模拟的可行性。研究结果表明：①50.3%品位磁铁矿动态抗压强度为53.8 MPa、动态弹性模量为21.6 GPa、动态抗拉强度为11.7 MPa,充填体平均动态抗压强度约为6.19 MPa;②爆破效果数值模拟显示,孔底距2.9~3.1 m、排间距1.8 m、保护层厚度大于等于1.5 m的爆破方案炸药能量利用最充分,爆破效果最好,且充填体最大振动速度小于12 cm/s,满足爆破安全规程的要求,能保证充填体稳定;③拟合公式推算结果和数值模拟结果基本一致,ANSYS/LS-DYNA软件用于模拟地下深孔爆破效果及充填体稳定性可以获得较为理想的效果。     

爆破荷载作用下空洞效应对围岩振动速度的影响

以某高速公路工程的隧道工程为依托,针对隧道爆破施工中空洞效应对围岩振动速度的影响问题,根据能量法和地震波传播规律推导出爆破荷载作用下已开挖区和未开挖区围岩振动速度计算公式,采用有限差分软件模拟不同荷载作用下围岩振动速度的变化规律,并验证了计算公式的准确性。结果表明,空洞效应下的围岩振动速度数值模拟计算结果和计算公式求解结果误差在6%以内; 爆破荷载0.8 MPa作用下,空洞效应影响较大的区域位于距掌子面8~12 m处的隧道拱顶处,距掌子面8 m处的开挖区与未开挖区隧道拱顶处的振动速度差值为2.23 cm/s,商值为1.21倍; 在一定荷载范围内,荷载越大,空洞效应对围岩振动速度影响越明显,已开挖区与未开挖区振动速度差值的峰值距掌子面越远。     

爆生气体在煤体爆破过程中的作用分析

基于断裂力学理论,对煤体内的准静态应力场和爆生气体驱动裂纹扩展模型进行分析计算,探讨了爆破荷载作用下的裂纹扩展长度。通过模拟煤体爆破试验,对裂纹扩展状况的分析结果表明,煤体爆破裂纹扩展长度与煤体纵波波速和抗压强度成反比,与孔隙率成正比;炮孔堵塞情况下裂纹数量和裂纹长度是不堵塞情况下的1.5~3倍,从而验证了煤体爆破过程中,爆生气体准静态应力作用是爆破裂纹扩展和爆破破碎的主要原因。     

爆破对预留岩体力学特性影响的试验研究

研究了爆炸冲击载荷对围岩或预留岩体力学特性的影响，采用实验室模型实验取芯检测方法，对爆破损伤岩体进行了抗压强度检测以及超声波检测，研究了爆炸冲积载荷对预留岩体的不同位置所造成的损伤程度，提出了计算损伤程度的具体方法。     

煤体爆破损伤规律模拟试验研究

为进一步研究煤体爆破作用机理,提高瓦斯抽放效果,从理论上将煤体爆破损伤断裂分为爆炸波作用的初始阶段和爆生气体与瓦斯气体作用的后期阶段,并确定了两个阶段的断裂损伤准则.根据相似理论设计了煤体爆破损伤规律模拟试验,测试了试块超声波波速(计算损伤参量)和爆炸应变波,试验结果表明,模拟煤体爆破损伤是爆炸冲击波、爆炸应力波、爆生...     

铁尾矿粉-硅粉矿物掺合料对混凝土性能的影响

将研磨后的铁尾矿粉末和硅粉分别按照3∶2和4∶1的比例制备了两种复合矿物掺合料替代水泥进行浆体和混凝土试样的制备。通过微观结构分析、强度和耐久性分析对铁尾矿-硅粉复合矿物掺合料浆体和混凝土的基本性能进行了研究,结果表明：随着复合矿物掺合料掺量的增加,试样的水化反应放热量、抗压强度、劈裂抗拉强度和冻融耐久性均逐渐降低;且加入铁尾矿粉可使的硬化浆体试块孔隙结构变大,导致混凝土的抗压强度和冻融耐久性降低;但增加硅粉的掺量可以提高试样的水化反应强度,降低Ca(OH)₂的含量,且硅粉水化反应生产的C-S-H凝胶也可以细化孔结构,从而改善混凝土的微观特性、抗压强度、劈裂抗拉强度和冻融耐久性;弥补铁尾矿粉对混凝土性能的负面影响。整体上,改性混凝土的抗压强度在普通混凝土抗压强的85%以上,能满足工程要求。