爆炸荷载下含预裂缝的裂纹扩展实验研究

预裂爆破技术目前广泛应用于爆破工程中,为了探究预裂爆破形成的预裂缝对爆生裂纹和原生裂纹动态断裂特性的影响,基于数字激光动态焦散线实验开展了一系列研究,获得了裂纹扩展的时实动力学参数。研究结果表明:预裂爆破形成的预裂缝可以阻挡爆生裂纹向保留岩体内扩展,加大被爆岩体的损伤;其两端产生的翼裂纹向保留岩体扩展,且扩展长度随着预裂缝长度的增加而增大;长度较短的预裂缝(L=20~80 mm),对保留岩体内原生裂纹扩展有促进作用,只有当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),才会对保留岩体内原生裂纹扩展有抑制作用,预裂缝A长度L=100 mm时,其B裂纹扩展长度为无预裂缝A模型时的21%,Bz和By扩展速度均值为无预裂缝A时的0和64.8%;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端翼裂纹的起裂时间随着预裂缝长度增加而增加,当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),迎爆侧翼裂纹没有起裂,By起裂时间推迟到和无预裂缝时一样的150 μs;原生裂纹迎爆侧翼裂纹断裂韧度小于背爆侧断裂韧度;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端起裂韧度均小于无预裂缝时的起裂韧度,且随着预裂缝长度增加迎爆侧翼裂纹起裂韧度降低;原生裂纹两端应力强度因子峰值随着预裂缝长度增加而减小。     

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。     

深部岩巷二次锚喷耦合支护技术

以孙村煤矿埋深1 300 m的东大巷应用为例,系统分析了深部岩巷锚喷二次支护技术.结合深部岩巷的实测数据,采用FLAC2D.数值分析软件,从顶底板和两帮收敛变形、塑性区、围岩最大主应力、锚杆内力等方面比较了二次支护技术优于传统的一次锚喷支护技术,表明二次锚喷支护技术能有效地解决深部高地应力巷道围岩难支护的技术问题,使不同位置锚杆的荷栽和围岩应力场均匀化,实现了支护结构与围岩的动态耦合.通过比较第2次锚杆支护不同实施时间的顶底板和两帮收敛变形,得出了与实测结果相吻合的东大巷二次支护第2次锚喷最佳时间为30～40 d.     

中深孔光面爆破技术在岩石巷道掘进中的应用研究

为了提高煤矿岩石巷道掘进速度和成型质量, 减少浅眼巷道爆破循环转换过程中的各种辅助作业时间, 提高循环进尺, 根据试验巷道的现场施工条件, 进行了中深孔光面爆破技术的应用研究。研究结果表明: 与试验前相比, 试验岩巷平均炮眼利用率提高了9.5％, 平均单循环进尺增加了0.94 m, 炸药和雷管单耗分别降低了0.53 kg/m³和3.14 发/m³, 每米巷道的炸药消耗量和雷管消耗量分别降低了17.86 kg/m和50.7 发/m, 周边眼痕率达到了50%～80%。该技术大幅提高了巷道掘进速度、光面爆破效果和巷道成型质量, 取得了良好的技术经济效益。     

节理岩体中爆炸应力波传播规律的研究

为了研究爆炸应力波在岩体中的传播过程,建立了基于ABAQUS/EXPLICIT的有限元数值模型,采用ricker子波作为爆炸场源,并将得到的数值结果与现有文献相比较,充分说明了采用ricker子波作为爆炸源模拟爆炸应力波传播问题的可行性。研究结果表明：炸药起爆后,按照时间顺序,岩体中先后呈现3种应力状态,即径向压应力与环向压应力形成的复合压剪应力场、径向拉应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场、径向压应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场。爆炸应力波在节理两端产生的反射波和衍射波与爆炸应力波的相互叠加使节理两端的应力显著增强,并最终促使爆生翼裂纹从节理两端起裂扩展。     

伊犁一矿砾石土三轴渗透试验研究

为了探寻伊犁一矿砾石土级配、初始孔隙比和水头压力对渗透系数的影响,利用多功能静动三轴试验机室内试验方法,进行不同级配、初始孔隙比和水头压力的砾石土渗透试验研究.试验结果表明:①伊犁一矿砾石土渗透系数k和初始孔隙比的关系是,渗透系数k随着初始孔隙比e0的增大而增大;②渗透系数k也随着水头压力的增大而增大,同时渗透系数和水头压力具有线性的关系;③在相同的水头压力下,渗透系数k随着围压σ3的增大而减小.研究结果,为伊犁一矿井筒渗流稳定分析提供更加合理的计算参数.     

爆炸作用下介质损伤破坏的分形研究

根据盒维数的计算原理,提出了爆炸载荷下爆生裂纹分形维数的计算方法,并建立了分形维数与爆破损伤度之间的对应关系。利用Matlab软件编写了基于数字图像的爆生裂纹盒维数算法。利用该算法对普通药包和切缝药包两种爆破方式下爆生裂纹的分形特征进行了分析,确定了炮孔周围不同区域的损伤度。结果表明,在普通药包爆破中,随着爆生裂纹的扩展,爆破引起介质的损伤逐渐降低,在炮孔相同距离处,介质的爆破损伤度基本一致。在切缝药包爆破中,爆破介质的损伤度有区域性和方向性特征,在爆生裂纹I区,沿切缝方向产生的爆破损伤较普通药包爆破时相应区域的损伤程度略有降低,且切缝方向的损伤度下降更为显著;对于爆生裂纹II区,沿切缝方向产生的爆破损伤高于普通药包爆破时相应区域的损伤度,而非切缝方向的爆破损伤有明显下降;对于爆生裂纹III区,沿切缝方向产生的爆破损伤明显增加,相应非切缝方向产生的爆破损伤显著降低。基于分形维数的爆破损伤度计算,可用于定量评价爆生裂纹的空间分布特征,为研究岩石爆破损伤的演化规律提供了一条新的途经。     

RSD速凝剂增强作用机理分析

RSD是一种性能优良的喷射混凝土速凝剂，在试验室中掺加RSD后的混凝土强度对比测试表明，该速凝刑不仅能显著提高水泥胶砂的早期强度，而且不降低水泥胶砂的后期强度，并能提高水泥胶砂的耐久性能．通过扫描电镜对掺加RSD逮凝剂的水泥浆进行了观察，分析了水泥石各龄期的水化产物．分析结果表明，RSD速凝剂在水泥浆早期水化过程中能加速C3S的水化和钙矾石的生成，RSD促使C—S—H（Ⅰ）凝胶向C—S—H（Ⅲ）和C—S—H（Ⅳ）转化，增强水泥石的强度．最后对RSD速凝剂的增强作用进行了机理分析．     

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。