岩石应力波分形分析方法的研究

针对岩石应力波分形分析方法理论探索的实际,基于岩石应力波传播试验数据,研究无轴向静应力下的岩石应力波波形分形分析方法.根据岩石应力波数据的特点,采用盒维数和关联维数对不同测点下的岩石应力波进行研究,探讨应力波分形维数的计算方法和意义.研究表明,可以根据盒计数理念和G-P算法计算出岩石应力波波形的分形维数,其中不同测点下...     

高静应力和频繁动力扰动共同作用下矽卡岩动力学特性

为进一步揭示深部岩体受到开挖爆破等动力作用时的破坏机理,利用基于SHPB装置的动静组合加载试验系统,首次对中高应变率下矽卡岩在高静应力和频繁动力扰动共同作用时的变形特性、能量规律、破坏模式等进行了研究.随着冲击次数的增加,岩石的弹性模量先增大后减小,而每次冲击时的最大应变整体表现出先减小后增大的趋势,最后一次冲击时弹性模量骤降,最大应变突增,岩石试样发生破坏.单位体积岩石能耗为负值,说明在冲击动载的作用下岩石试样表现出释放能量的特性,这是由于高静应力作用产生的弹性应变能受动力冲击作用诱导而释放;随着冲击次数的增加,单位体积岩石释放的能量先增大后减小.结构致密、强度较高的矽卡岩试样随冲击次数的增加表现出劈裂破坏模式.      

爆破P波作用下直埋压力管道安全振速研究

基于爆破产生的P波入射作用下均匀内压薄壁管道的受力特点,采用拟静力分析和叠加原理建立压力管道爆破地震波作用下的应力解析计算模型;基于压力管道材料屈服特性及Tresca屈服理论,建立爆破P波作用下压力管道的振动安全判据计算模型,并结合爆炸影响的直埋压力薄壁管道工程案例进行解析验算。研究结果表明:爆破荷载施加前管道仅受均匀内压,具有初始轴向和切向应力,爆破发生后,管道同时受到内压和爆破地震波P波动荷载作用;管?土界面入射波临界角较小,管道峰值应力随入射角度增大减小,垂直入射时主要发生拉伸破坏,全反射时主要为切向破坏;压力管道安全控制振速随入射角的增大而增大,随运行内压的增大而减小,实际工程中根据管道内压实际情况,选择较小的值作为安全控制值。      

含孔洞岩石在静应力下的循环冲击试验研究

为探究地下工程开挖过程中外部荷载对周边围岩多重扰动作用的影响,进一步开展岩石在动静组合作用下的循环冲击试验研究,通过改进式SHPB试验装置研究含横向贯通孔洞花岗岩(φ50 mm×50 mm)在循环冲击荷载下的动态力学特性,采用轴压水平分别为0MPa,0.3σ_f,0.4σ_f,0.5σ_f,0.6σ_f,0.7σ_f进行循环冲击试验(σ_f为单轴平均抗压强度,单位为MPa)。结果表明:在冲击荷载作用下,峰值应力随着冲击荷载作用次数的增加先增大后减小,并随着平均应变率的增大而增大;弹性模量随着冲击次数的增加先增大后降低,在不同轴压水平作用下试件冲击破坏形态均为轴向劈裂破坏模式;随着应变速率增大,破裂面逐渐增多,破碎程度加剧,碎块尺寸减小;应变率较小时,破碎效果不明显,应变率较大时,破碎效果显著。     

岩体节理裂隙对爆破应力波阻隔作用的试验研究

人们对岩体进行爆破作业时，爆破应力波的传播速度，能量的衰减，爆破效果和爆破影响范围等等，都与岩体节理裂隙的产状、分布、发育程度、充填与否，以及充填物的性质等因素有关。该文通过理论分析，并结合试验结果，探讨了岩体节理裂隙对爆破应力波的阻隔效应。     

大红山铜矿巷道围岩爆破动态应力研究

随着开采的进行,在频繁的爆破作用下,围岩的完整性发生劣化,整体稳定性受到影响。微缺陷将不断扩展和贯通,其纵波速度也随爆破次数的增加而逐渐降低,这些都是围岩爆破震动效应最明显的体现。因此,采用纵波传播速度研究岩体的爆破震动效应具有很好的可操作性。在对爆破荷载下围岩体重纵波波速的监测的基础上计算了围岩的动态应力比,直观反应爆破振动对围岩的影响及损伤。     

水平层状岩体边坡动力响应中的结构面效应研究

根据应力波传播原理分析了水平层状岩体边坡中应力波传播特征,建立了应力波在该类边坡中传播的模型.利用离散元软件UDEC分析了不同频率垂向压缩应力波作用下边坡动力响应规律中的结构面效应.结果表明:边坡中的水平层面对坡顶的动力响应有明显影响.低频应力波作用下,水平层状岩体边坡坡顶的垂向峰值速度较均质坡体相同部位的峰值速度的增加值随坡高增加而增大.较高频率应力波作用时,边坡顶部靠近坡面的垂向峰值速度高于无结构面边坡相同部位的峰值速度,远离坡面时情况相反;坡顶垂向峰值速度大小呈周期性变化,输入应力波频率越大该变化频次越高.研究结果将有助于进一步揭示各种不同岩体结构类型边坡在动力荷载作用下损伤机理及破坏模式.     

不同应力路径下岩石细观力学性能离散元研究

岩体工程中的应力状态对围岩的稳定性具有重要影响。为研究地下巷道中岩体应力状态对围岩稳定性的影响规律,基于离散元理论,对地下巷道开挖过程的应力状态进行分析,开展了围压卸载—轴压增加、围压卸载—轴压不变和围压卸载—轴压减少3种不同卸载路径下的三轴压缩数值模拟试验,并与常规三轴压缩试验进行对比,分析了不同应力路径下的岩石宏观强度特征及细观损伤过程差异性。结果表明：强度准则和应力张量状态不受卸载路径的影响,但不同应力路径下岩体的损伤过程不同,围压卸载—轴压不变应力路径下的微观裂纹发育最密集,而围压卸载—轴压增加应力路径下的裂纹丛集速度最快。研究结果可为地下巷道开挖过程中的围岩应力卸载破坏分析提供参考。     

诱导巷道的围岩松动破坏区数值研究

当前多数矿山已进入深部开采,而深部硬岩具有高储能、受扰动易破坏的特征,根据这些特点,在矿体中布置巷道诱导岩体破裂,为后续机械开采提供可能。以贵州开阳磷矿为工程背景,利用FLAC^3D软件模拟深部巷道开挖,研究断面形状、地应力水平和侧压系数对巷道开挖的影响,从而得出岩体的破裂规律。数值模拟结果表明：巷道断面形状对围岩变形影响较大,而矩形巷道周围岩体产生的位移和塑性破坏区均最大;巷道位移和塑性破坏区随应力水平的增加而增大;围岩破坏和位移随侧压系数的增大表现出先减小后增大的趋势。在高应力水平和高侧压系数下,采用矩形断面方式开挖巷道,围岩产生的位移和塑性破坏区最大,致裂效果最好,有利于机械切割回采。     

不耦合装药系数对岩体爆破损伤的影响

在爆破工程中,选择合适的装药结构能够有效提高炸药利用率,从而改善爆破效果。基于RHT(Riedel-Hiermaier-Thomamodel)动态响应力学关系,采用ANSYS/LS-DYNA软件研究了偏心不耦合装药条件下不耦合系数K对岩体爆破荷载的影响,以及爆破过程中岩体的损伤情况。通过建立单孔偏心不耦合爆破模型,分析了不耦合系数K为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0和3.5条件下的有效应力、振动速度、爆破地震波能量和损伤状况。同时,研究了不同不耦合系数K条件下爆心距(l)与损伤度(D)、质点振动速度(PPV)与爆心距(l),以及振动速度(v_pp)与损伤度(D)之间的关系。结果表明：随着不耦合系数K的增大,耦合侧与不耦合侧有效应力和峰值振动速度、地震波峰值能量略微减小;粉碎区和裂隙区范围逐渐减小,且粉碎区损伤半径较裂隙区减小速率更大。岩体损伤程度和质点振动速度(v_pp)均随着爆心距的增大而逐渐减小。质点振动速度越大损伤程度也越大,当v_pp=50.4 cm/s时,岩体中的损伤变量达到损伤破坏阈值(D=0.19);当v<...     

不同地应力下爆破振动效应分析

为研究岩石在不同地应力下的爆破振动效应,选择经验证过的岩石本构,利用ANSYS/LS-DYNA隐式—显式序列求解方法,对不同侧压力系数下岩石爆破过程进行数值分析。分别构建了侧压力系数为0.1、0.5、1.0、2.0、4.0条件下的计算模型,数值模拟结果表明：初始地应力对爆破有较强的抑制作用,岩石破碎区受侧压力系数的影响较小,爆破裂纹优先向较大的地应力方向延伸;岩石质点振动速度峰值（PPV）到达时间不受侧压力系数的影响;当侧压力系数小于1.0时,水平方向的质点振动速度峰值大于竖直方向;当侧压力系数大于1.0时,竖直方向的质点振动速度峰值大于水平方向。     

应力波形对岩石爆生裂纹扩展机制影响的数值模拟

运用RFPA3D动力分析软件模拟了冲击动力作用下含预制裂纹岩石的裂纹扩展过程,探究了应力波峰值、能量、上升及下降速率对岩石裂纹扩展过程的影响。研究表明动载下岩石裂纹扩展形态受应力波上升速率影响,应力波上升速率越快,孔周边岩石越破碎;应力波能量影响裂纹扩展长度,能量越大裂纹扩展越长,而相同能量条件下,应力波上升速率越小,裂纹扩展距离越远,但孔边破碎程度越弱;上升速率和应力波上升沿能量共同影响着炮孔粉碎区半径。数值模拟结果很好地揭示了不同应力波峰值、能量与上升/下降速率对岩石的破碎机制,在实际爆破作业中可以通过水炮泥封口或者采用空气柱间隔装药结构来延长应力波作用时间,以达到扩大爆破影响范围的目的,而通过选取合适类型与配比的炸药来提升应力波上升速率从而增强孔边破碎效果。      

掏槽孔超深深度对爆破效果的影响

煤矿岩巷钻爆施工中,速度的关键在于掏槽.随着岩巷掘进工程量不断增大,虽然炮孔深度逐渐增大,但是掏槽孔超出普通孔的长度并没有改变,基本保持在200 mm及以下.针对掏槽孔超深与炮孔利用率这一问题,本文在超深系数η的基础上,引入裂隙区重合度φ的概念,利用数学建模方法,分析了不同超深深度爆破时的岩石应力状态,建立了超深深度及岩石碎胀系数之间的关系,并确定了掏槽槽腔主要参数的计算公式及取值范围,发现存在最优掏槽孔超深系数η和裂隙区重合度φ,使得炮眼利用率最高.利用LS-DYNA数值模拟分析了掏槽孔超深爆破时爆炸应力波的传播规律和孔底岩石的受力特征,并比较了200、300、400和500 mm不同超深深度的应力波强度变化特征并应用于岩巷掘进现场,对比了超深爆破方案和普通爆破方案的单循环进尺、炮孔利用率、眼痕率及大块率等爆破效果指标.结果表明,当超深深度为400 mm时,炸药爆破能量充分用于破岩,能量利用率最高,爆破后形成重叠的裂隙区,增大了后续爆破的自由面,提高了爆破破岩的效率,对岩巷钻爆法施工的参数优化有一定的指导意义.     

地应力作用下偏心装药的炮孔裂隙分布

根据爆炸应力波和爆生气体的理论,考虑地应力的作用,结合断裂力学中最大周向应力理论,推导出了偏心不耦合装药条件下初始裂隙和扩展裂隙的计算公式。选取2号岩石乳化炸药和3类典型岩石参数对偏心不耦合装药下的裂隙范围进行了计算,并分析地应力对爆炸应力波引起的初始裂隙的影响。结果表明:炮孔壁上各点的不耦合系数由偏转角度α、炮孔与药卷半径之差决定;炮孔上不耦合系数的不同,致使偏心不耦合装药结构下裂隙分布十分不均匀,耦合侧与不耦合侧裂隙长度存在较大差异;地应力的存在抑制了裂隙的扩展,随着地应力的不断增大,炮孔周边裂隙范围逐渐减小,不耦合侧最短裂隙对应角度α逐渐增大,且其裂隙范围接近粉碎区半径。当3类岩石爆破施工中遇到高地应力时,采用三角形布孔,考虑不耦合侧裂隙很短或者不产在的情况,炮孔间距应控制在0.45~0.70 m之间。     

基于L型回弹仪的岩石力学特性试验研究

通过开展岩石静力学试验获取岩石力学参数对于优化露天台阶爆破方案和改善爆破效果具有重要意义。以国内某露天铜矿矿岩为研究对象,使用冲击动能为0.735 Nm的HM-82L型回弹仪对岩体的力学特性开展原位试验研究。此外,在现场钻取岩芯制备标准试样,使用SET-PLT-02型声波测试仪进行波速测试,并基于MTS-322液压伺服力学试验机开展系列力学试验。现场回弹试验结果表明：矿区南端斑岩的回弹值大于北端矽卡岩的回弹值,且回弹值随岩体风化程度的增大而逐渐减小;室内物理力学试验结果表明岩体波速、单轴抗压强度、弹模与回弹值之间的变化规律基本一致,拟合曲线表明波速、单轴抗压强度与回弹值之间呈线性正相关关系,而弹模与回弹值之间呈指数相关关系,拟合相关系数说明利用回弹值估测岩体波速和基本力学参数是可靠的。研究成果为快速可靠地获取该露天铜矿矿区岩体的基本物理力学指标提供了可靠的技术途径。     

深部岩体水耦合爆破裂纹扩展数值模拟研究

为认识深部高地应力岩体水耦合爆破裂纹扩展过程及机理,选择试验验证的RHT本构,采用LS-DYNA对水耦合装药单孔在不同原位应力场下的岩体爆破裂纹扩展进行数值分析.模拟结果表明:水耦合的方法延长了爆炸作用时间,提高了岩体中爆炸应力峰值和PPV(质点振动速度峰值),增强了爆破致裂岩体的效果;原位应力在深部岩体水耦合爆破中起...     

节理发育岩体巷道掘进爆破数值模拟与应用研究

节理面、软弱夹层和断层等地质不连续面是影响巷道掘进爆破效果的重要因素。根据岩体中应力波的传播理论,以某煤矿轨道下山为工程背景,利用LS-DYNA软件对倾角为68°、宽度为3 cm的节理岩体巷道掘进掏槽爆破进行模拟分析,验证了理论分析中节理面对爆炸应力波传播的影响。结果表明：节理面破坏了岩体的整体性,其背爆侧岩石破碎较弱,而迎爆侧由于节理的反射作用岩体破碎加剧。提出了掏槽孔中心直眼采用孔内间隔延期装药结构和?35 mm的炸药以增加掏槽爆破能量,合理布置炮孔、减少节理面附近炮孔装药量,并辅以增加炮孔深度、提高堵塞长度和质量等措施,延长了爆炸能量作用时间,提高了爆破效率。现场应用取得了良好的效果。