高饱和度饱和土中爆炸波的传播特性

利用φ2.5×5 m爆炸模拟装置进行饱和土接触爆炸模拟试验,在获得爆炸波在饱和土自由场中传播的试验数据的基础上,拟合出压力、动量、上升时间随比例距离变化的公式,通过综合分析给出了饱和土中波传播的规律。理论分析揭示了饱和土中应力波传播时出现流体动力区和冲击波形成等性质,建立了饱和土双线性递增硬化本构关系;在饱和土试验中,存在由冲击波向弹性波转化的分界压力,这个分界压力是与介质性质有关的参数,在不同的土中产生冲击波的条件不相同。高饱和度的饱和土中应力波在点爆炸条件下的三维弥散空间中也较容易产生冲击波,因此,在同样的爆炸条件下,饱和土中结构具有更大的破坏可能性。     

射弹侵彻块石遮弹层的数值模拟

运用Ls-dyna软件对弹体侵彻单块岩石和块石遮弹层进行数值模拟。结果表明:块石层对弹体侵彻具有很好的防护效果,块石破碎产生强烈的局部应力使弹体产生偏转从而减小侵彻的深度;块石必须有一定的尺寸大小和强度与弹体相匹配,设计良好并且有一定厚度的块石层能有效地阻止弹体侵彻。     

坑道口部封堵结构在爆炸波作用下的模型试验研究

以某坑道口部封堵方案为背景,以量纲分析为依据,制作1∶3缩尺钢筋混凝土封堵立柱模型。利用爆炸波模拟装置完成1∶3缩尺模型两种封堵方式3种加载档次的结构动力响应实验。3种加载档次对应堵板上的反射超压为0.10,0.272,0.325 MPa;两种封堵方式为封堵板前无砂袋和湿土(简称Ⅰ)、封堵板前有砂袋和湿土(简称Ⅱ)。实验表明,若采用第2种封堵方式,即在封堵板前依次堆放砂袋和湿土层,有利于结构推迟进入破坏阶段,提高结构抗爆性能。     

锚固硐室在爆炸波作用下的损伤机理

以连续介质力学与损伤力学为基础,建立岩石的拉压动态损伤本构模型,并将此模型嵌入非线性有限元程序LS-dyna中,对锚固硐室抗爆的拉压损伤问题进行模拟。模拟与模型实验结果基本一致,验证了其合理性与正确性。结果表明：锚杆对抗爆加固硐室具有积极作用,锚杆改变损伤发展方向和抑制裂纹的产生,使爆炸波无法穿过密集锚杆在硐室拱部形成损伤,并提高了硐室的抗拉强度。     

煤体在冲击荷载作用下的损伤机制

以静力学、冲击动力为实验手段,得出煤在不同应变率荷载下的应力-应变关系。根据实验结果及煤体动态力学特征,通过改进朱-王-唐本构模型建立了体现煤体应变率效应、损伤特征的本构方程。将建立的方程嵌入有限元程序中对煤体在不同峰值冲击荷载作用下的损伤机理进行研究,研究结果表明:煤体在冲击荷载下出现层状间隔劈裂结构,煤体的劈裂损伤主要有2种形式:①由较大拉剪应力形成的"快速跃升式"损伤;②拉剪-压剪交替作用累积形成的"慢速阶梯式"损伤。     

保护层开采过程中增透效果及卸压范围研究

基于保护层开采条件下煤层变形破坏特征,采用RFPA2D-flow数值模拟软件,对被保护煤层的应力分布特征、煤层透气性变化规律和煤层变形量进行了数值模拟分析;同时对潘三矿近水平煤层进行下保护层开采试验研究,考察了保护层开采保护边界范围的卸压增透效果.结果表明,保护层开采后,过渡卸压区内煤体膨胀率为1.85％,煤层透气性系数可增大到原来的70倍.结合瓦斯抽采可以使保护层在走向方向和倾斜方向的有效保护卸压角从原来的锐角扩展到90°,使被保护煤层的卸压范围得到扩大.     

空腔长宽比对瓦斯爆炸冲击波传播规律的影响

近年国内外学者对瓦斯爆炸抑爆隔爆技术的研究主要围绕抑爆剂、吸能材料和空腔等开展。文献指出空腔具有抑制瓦斯爆炸传播的功能,且抑爆性能受空腔体积大小影响。为探索体积不变条件下空腔尺寸特征对瓦斯爆炸传播抑制性能的影响,设计了体积为0.08 m³长宽比分别为5/8,8/5的矩形钢质空腔,壁厚10 mm,并将其铺设在36 m长的大型瓦斯爆炸管道系统中开展实验研究,考察瓦斯爆炸火焰和冲击波超压经过空腔后的变化规律。结果表明:长宽比5/8空腔对爆炸火焰、冲击波传播均有抑制作用,长宽比8/5空腔对爆炸火焰有抑制作用,但对冲击波传播有增强作用。在此基础上建立数值模型,将体积为0.08 m³长宽比分别为1/10,2/5,5/8,1,8/5,5/2的空腔铺设在管道系统中开展数值模拟研究,研究发现:空腔对瓦斯爆炸冲击波传播抑制作用取决于空腔长宽比,长宽比越小,空腔对冲击波传播抑制作用越强;且存在临界长宽比,当长宽比<1时,空腔对冲击波超压传播具有抑制作用,当长宽比>1时,空腔对冲击波传播具有增强作用,长宽比为5/2时,增强现象最明显。最后,分析了空腔长宽...     

含瓦斯煤在爆炸荷载作用下的力学特性

利用柱状空腔膨胀理论对瓦斯煤在爆炸荷载作用下的力学特进行了研究,给出了空穴膨胀区、塑性区、弹性区应力分布的解析表达式。根据计算结果并结合模型试验和数值模拟对煤体裂纹破裂的机理进行了研究,结果表明,煤体在爆炸荷载作用下的裂纹主要是由于压缩波和卸载波共同作用形成的,爆炸能量主要消耗于破裂区。     

冻结温度对不同粒径冻土石混合体劈裂特性的影响

为研究冻结温度与尺寸效应耦合作用下的冻土石混合体巴西劈裂特性,分别对经过-10、-15、-20、-25、-30、-35、-40℃冻结处理后的5～10、10～15、15～20、5～20 mm粒径冻土石混合体试件进行巴西劈裂实验;研究冻结温度和不同粒径块石对试件劈裂抗拉强度的影响规律,并进一步通过数字图像相关技术（digital imagine correlation,DIC）再现了冻土石混合体在巴西劈裂实验过程中的应变场演化过程。实验结果表明：在劈裂拉应力作用下,试件从中心开裂并产生初始裂纹,沿着土石界面向两加载端贯穿试件,试件破裂面裂纹呈弯曲折线型,且块石粒径越大,裂纹越曲折;冻土石混合体在破坏时会经历线弹性变形阶段,并随着拉应力的增大和冻结温度的降低会经历塑性-脆性破坏阶段;试件劈裂抗拉强度具有强温度敏感性,会随着冻结温度的降低而近似线性增加;块石尺寸效应会导致试件强度的差异性,试件劈裂抗拉强度大小依次为5～10、5～20、10～15、15～20 mm粒径试件。     

泡沫混凝土动态力学性能及本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB),对泡沫混凝土进行了不同最大应变率下的冲击试验.结果表明:泡沫混凝土动态应力-应变曲线均呈现出明显的应变率效应,因材料多孔结构的特殊性,整段曲线上下波动较大,在破坏阶段尤为明显;应变软化阶段中应力值并没有快速下降至完全丧失承载力,而是形成了较高的应力平台,并且最大应变率越高,应力平台越长、越显著.从破坏层面分析,较低最大应变率下泡沫混凝土主要呈均匀压实破坏;较高最大应变率下则呈现逐层塌落的破坏形式.借鉴宏观损伤变量及朱-王-唐本构方程,归纳宏观试验结果,通过改进建立了反映泡沫混凝土峰值应力前动态应力-应变关系的等效本构方程.