冻结管断裂应力分析及断裂位置的确定

煤矿立井冻结法施工中, 冻结管断裂一直是一个未能得到很好解决的国际性课题, 主要原因是冻结管的力学模型设计不合理, 进而导致应力计算结果错误。通过冻结管在工作过程中受力因素的分析及变形特征的研究建立一个较为准确的力学模型,找出正确的应力分布规律, 确定符合现场的冻结管断裂位置, 提出切实可行的防止冻结管断裂的有效措施。首次考虑了因冻结管的冷缩及冻土的冷胀所产生的冻土对冻结管的负向摩擦力的作用, 并依据负向摩擦力的分布规律及材料力学中的温度应力理论求解出了对确定冻结管断裂应力分布规律具有重要作用的“中性层” 位置。通过国内外大量冻结管断管实例, 证明了本理论的正确性。     

岩巷掘进中爆破专家系统的应用研究

将专家系统技术引入到岩巷的定向断裂控制爆破中, 开发了基于岩巷定向断裂控制爆破专家系统。该系统可通过人机交互方式, 得到定向断裂控制爆破的设计方案和爆破图表。     

冻结立井爆破振动信号多重分形去趋势波动分析

针对基于配分函数的多重分形分析不利于局部标度特性突显的问题,把多重分形去趋势波动分析(MF-DFA)方法引入到爆破振动信号分析领域。研究表明:立井爆破振动信号具有多重分形特征,在周边眼不同装药形式下爆破信号MF-DFA谱和多重分形奇异谱具有显著差异,可作为判别周边装药结构形式的特征参数。MF-DFA谱图及其相关参数可以表征立井不同爆破方案下井壁振动响应状态特征,为炮孔装药结构和装药参数的识别与分类提供了一种有效的方法。     

隧道爆破振动信号畸变校正与混沌多重分形特征研究EI北大核心CSCD

受测试环境影响,隧道爆破监测信号中普遍包含噪声和趋势项干扰。针对爆破信号干扰项消除难题,选取典型地铁隧道工程监测到的畸变爆破信号为分析对象,采用稀疏化基线估计与去噪(baseline estimation and denoising with sparsity,BEADS)算法实现了噪声和趋势项成分的提取,得到反映真实爆破信息的校正信号。利用多重分形去趋势波动分析(multi-fractal detrended fluctuation analyses,MF-DFA)捕捉到三个分量信号的混沌分形特征,并根据小波相关性凝聚谱对三个分量信号与原始信号的时频域相关性进行了精确表征。结果表明:隧道爆破信号高频噪声、低频趋势项和校正信号三者的混沌分形特征具有显著差异。校正信号吸引子轨迹形态为反复周期性有序波动且具有持续性和反持续性分形谱特征,其递归图具有周期模式;低频趋势项吸引子形态表现为近似直线且具有持续性分形谱特征,其递归图具有对角线分布突变模式;高频噪声吸引子形态为杂乱无章的随机波动且具有反持续性分形谱特征,其递归图具有漂移模式。在置信度为95%的小波影响锥范围内,校正信号、趋势项和噪声分量与原始信号分别具有持续正相关、局部负相关和无相关性特征。三类信号的有效分离和混沌分形特征提取为爆破信号成分的准确辨识和归类提供了客观表征和量化指标。     

复式楔形深孔掏槽爆破研究

掏槽爆破时随炮孔深度增加,岩石夹制作用增强,抛掷效果差,导致炮孔利用率降低,直接影响岩巷的掘进速度.采用数值方法对12孔复式楔形掏槽进行研究,揭示了应力波在槽腔内的传播规律,再现了炮孔底部槽腔的形成过程.研究发现采用双楔形毫秒延期爆破,炮孔底部形成2个应力峰值,有利于槽腔内岩体的破碎.同时中心孔的存在增强了破碎岩体的抛掷作用,提高了炮眼利用率.根据分析结果进行了孔深3m的现场爆破试验,10组爆破实验平均炮眼利用率为94.9%.     

聚能管装药预裂爆破模拟试验研究

为了揭示聚能管装药爆破的细观机理,基于数值计算的可重复性及经济型,提出了采用数值模拟的方法,对聚能管不耦合装药预裂爆破进行研究.在相邻炮孔中心处,应力波发生叠加,有效应力峰值为93MPa;切缝方向孔壁的有效塑性应变为8.2%,为管壁外侧受保护孔壁的2倍.结果表明:聚能管对能量传播的导向以及对侧面岩壁的保护有显著作用.采用现场试验,对模拟结果进行验证.聚能管预裂爆破,破碎块度均匀,断面平整光滑,半眼痕率达到100%.     

高层钢-混凝土结构连接方式对抗震性能影响

为了研究钢-混凝土混合结构连接方式对抗震性能地影响，运用Canny99结构计算程序，根据不同结构构件采用不同的单元模型，对同一高层钢-混凝土混合结构的两种连接方式进行了三维弹塑性时程分析，探讨了两种连接方式对混合结构抗震性能的影响机理．刚性连接时，钢框架柱主要是依赖轴力的增加来承担部分水平地震力；铰性连接时，钢框架柱主要依赖柱剪力的增加来承担部分水平地震力．研究结果表明混合结构采用刚性连接方式具有较优的抗震性能．     

EMD和FSWT组合方法在爆破振动信号分析中的应用研究

针对传统经验模态分解EMD时频分析功能不足的缺陷,提出了基于经验模态分解EMD和频率切片小波变换FSWT组合的爆破振动信号分析方法。对实际工程采集到的爆破振动信号进行EMD分解,根据相关性系数确定优势分量实现信号重构,并获取重构信号全频带FSWT时频特征。利用FSWT逆变换能切割任意频率区间的特点,将重构信号选择时间、频率切片区间进行了更为细化时频特征提取。研究了EMD-FSWT组合方法、Hilbert-Huang变换(HHT)、小波变换(WT)三种方法的消噪滤波效果,并与短时Fourier变换(STFT)、重排平滑Wigner-Ville分布(RSPWVD)两种传统时频方法进行了对比。分析结果表明:EMD-FSWT组合方法,对瞬态信号在时频域上的分辨率更高,消噪和滤波效果好,适于对爆破振动信号进行更为精细化的时频特征分析。     

精确延时对台阶爆破岩石破碎块度影响的数值模拟研究?

为了研究精确延时间隔对岩石破碎的影响,利用有限元软件就不同延时间隔条件对岩石破碎的影响进行了数值模拟研究。研究结果表明:合理设定延时间隔利于台阶顶部岩石破碎块度控制,同时能够改善岩石破碎块度分布情况。通过爆生气体和应力波关系的分析,计算得出的延时间隔和数值模拟结果较为接近;在本次数值模拟中,延时间隔6 ms、抵抗线3 m,即延时间隔和抵抗线关系为2 ms/m情况下有利于岩石破碎。     

动态爆生裂纹相互影响的试验研究

采用以有机玻璃(PMMA)为材料的模型试验方法,分析了试件的破坏形态和裂纹尖端的应力特征,研究了对向切槽炮孔的不同竖向间距对爆生裂纹扩展的影响。结果表明:爆生裂纹扩展过程中,裂纹速度震荡减小,裂纹尖端应力变化经历两个阶段,Ⅰ阶段(0~110μs)裂纹尖端动态应力强度因子迅速减小,试件破坏以拉伸破坏为主;Ⅱ阶段(110μs~止裂)裂纹尖端动态应力强度因子先增大后减小,试件破坏兼有拉伸破坏和剪切破坏。炮孔的竖向间距的不同对爆生裂纹Ⅰ阶段扩展影响不大,对Ⅱ阶段扩展影响显著。对向裂纹起到自由面作用并引导己方裂纹向其发生偏转,从对向裂纹面处反射的应力波加强了己方裂纹尖端的应力集中。