切缝药包不耦合装药爆破损伤破坏的分形研究

为研究不同不耦合系数下切缝药包的爆后损伤破坏特征,以有机玻璃为试验材料,对不耦合系数1.33、1.67、2.00、2.33、2.67的切缝药包爆破损伤破坏进行分析。基于分形理论中计盒维数的原理,编写MATLAB程序分别计算5种不耦合系数下切缝药包在切缝方向以及垂直切缝方向爆生裂纹的分形维数。对爆后裂纹长度以及数量进行统计分析,结果表明:①在试验选取的不耦合系数范围内,切缝方向裂纹的分形维数显著大于垂直切缝方向的分形维数,切缝药包对于爆生裂纹扩展方向的控制具有明显效果;②在试验选取的不耦合系数中存在最佳不耦合系数1.67,在该不耦合系数下切缝方向爆生裂纹分形维数达到最大值,裂纹长度最大,爆破损伤破坏的定向控制效果最佳;③在不耦合系数大于1.67后,随着切缝药包不耦合系数的逐渐增大,切缝方向的裂纹扩展长度逐渐变短。     

不耦合偏心装药结构爆破损伤破坏的分形研究

为研究不耦合偏心装药结构的爆后损伤范围与损伤程度,以有机玻璃(PMMA)为实验材料,设计爆破二维模型实验,通过数字图像处理方法,计算炮孔周围不同区域的损伤变量,并基于计盒维数理论,编写MATLAB程序计算不同区域爆生裂纹的分形维数。研究表明:①不耦合偏心装药结构的爆后损伤分布呈现显著的非对称性,损伤变量的数值关系:偏心装药耦合侧中心不耦合装药结构偏心装药不耦合侧。②爆生裂纹分布符合分形规律,分形维数的相对大小与损伤变量具有一致性,分形维数可准确表征爆后介质的损伤破坏。③通过回归分析与线性拟合,得到损伤变量与分形维数之间的幂函数关系,建立了相应的损伤预测模型。     

波阻抗对岩石动力学特性影响的模拟试验研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对系列波阻抗的模型材料进行不同应变率下的冲击压缩试验。试验结果表明:岩石在冲击荷载下的应力波传播特征、动态应力应变关系以及破碎块度分形特征同时受波阻抗、应变率和冲击速度的影响。波阻抗相同时,反射波和透射波信号幅值均随冲击速度增大呈线性增大,同时应变率效应明显,随着应变率的增大:峰值应力呈线性增大,动态弹性模量增大,应变软化阶段延长;破碎程度增大,破碎块度分形维数呈线性增大。应变率相同时,随着波阻抗的减小:反射波幅值增大、透射波幅值减小;峰值应力减小,应变软化阶段延长,塑性段趋于明显,且有塑性流动现象出现;破碎程度增大,破碎块度分形维数增大。同时随着波阻抗减小,应变率增大对动态抗压强度的增大以及对破碎程度的加剧效果减弱,应变率效应减弱,逐渐趋于不明显。     

含倾斜裂纹三点弯动态断裂试验研究

为研究冲击荷载下巷道围岩不同角度径向裂纹的破坏机制,采用落锤冲击加载平台和数字激光动态焦散线实验系统,以有机玻璃为试验材料,设计冲击荷载下半圆孔上不同角度裂纹的三点弯动态断裂试验,记录预制裂纹的角度α的改变对裂纹动态力学行为的影响,通过分析动态应力强度因子和裂纹扩展轨迹的分形维数对实验现象进行归纳总结。研究发现:①预制裂纹角度对裂纹尖端应变能的积累和释放的快慢有较大影响,随着角度的增大,起裂时间变短,起裂更容易,裂纹尖端应变能积累的更快;②裂纹尖端应变能释放的快慢在α=45°两侧表现出不同的规律;③不同角度裂纹的Ⅰ型动态应力强度因子随时间的变化规律具有相似性,但最大值却具有差异性;④不同角度裂纹的扩展轨迹满足一定的分形规律。     

起裂处缺陷形状对PMMA试件动态断裂影响效应研究

为研究冲击荷载下起裂处不同形状缺陷对脆性材料动态断裂的影响效应,选用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为实验对象,落锤为加载源,将预制缺陷形状设定为唯一变量,同时保持缺陷在落锤加载方向的长度不变,使用新型数字激光动态焦散线实验系统,对PM M A试件进行冲击三点弯实验,同时对试件的破坏形态、时程特征、动态应力强度因子以及裂...     

煤矿岩巷掘进爆破掏槽孔超深问题探讨

掏槽技术是影响煤矿岩巷钻爆法掘进效率的关键,为了探讨掏槽孔超深深度(掏槽孔与非掏槽孔深度之差)与炮孔利用率之间的关系,采用文献检索法和现场试验开展相关研究,以近40年岩巷爆破掘进实际案例为对象,从时间、岩性、断面大小、炮孔深度、掏槽形式等5个维度对我国煤矿岩巷掘进施工相关文献进行了统计分析研究。研究结果表明:自20世纪80年代以来,岩巷爆破设计的掏槽孔超深深度均设定约为200 mm,炮孔利用率维持在90%左右,5个维度中岩性对炮孔利用率的影响最为显著,并就掏槽孔超深深度为200、300、400和500 mm时进行了现场爆破试验,炮孔利用率较超深深度为200 mm时的89%分别提高到93%、97%和97%,最大提高了8%,试验条件下掏槽孔超深深度的最优为400 mm;掏槽孔超深深度与炮孔利用率具有较强的相关关系,适当加大掏槽孔超深深度能显著提高炮孔利用率,而不同施工条件下掏槽孔超深深度的确定有待研究。     

岩石特征强度变化规律的试验研究

为了探究岩石在不同围压下抗压强度σf、损伤强度σcd、起裂强度σci的变化规律,对取自山西阳泉寺家庄煤矿的砂岩进行了单轴和常规三轴试验,结果表明:σf、σcd、σci随着围压的增大均呈现增加趋势,增加速度会逐渐变缓,当围压足够大时,σf、σcd、σci将不再增加。σf受围压影响最显著,σci次之,σcd最低。强度比σci/σf与σcd/σf随着围压的增大而减小,减小速度会逐渐变缓,最终将趋于一个稳定值。σci/σf与σcd/σf可以反映岩石的均质度和抵抗扩容的能力,寺家庄煤矿砂岩在单轴下的σci/σf为0.58,σcd/σf为0.79,说明均质度较高,抵抗扩容能力中等。     

含不同缺陷结构材料的动态断裂行为研究

采用新型数字激光动态焦散线试验系统,结合落锤冲击加载试验台,研究了含不同缺陷结构材料的动态断裂行为。研究结果表明:缺陷结构的存在对试件断裂形态及裂纹起裂过程没有影响,对裂纹的扩展具有明显的抑制作用;含孔洞缺陷结构比含裂纹缺陷结构材料对裂纹扩展的抑制作用更加明显;相较于无缺陷结构材料的裂纹扩展速度和动态应力强度因子变化趋势,含裂纹缺陷结构材料与之基本一致,含孔洞缺陷结构材料与之相差较大。     

弓长岭铁矿巷道掘进掏槽孔超深长度优化试验研究

巷道钻爆法掘进中,掘进速度的关键在于掏槽。为了研究金属矿山巷道掘进过程中掏槽孔超深与炮孔利用率的关系,基于20世纪90年代以来部分相关文献资料以及开展的掏槽孔超深现场试验成果,探讨了掏槽孔相对于其他炮孔超深长度的合理取值范围。研究结果表明：无论是在金属矿山还是非金属矿山,随着巷道掘进工程量的不断扩大,炮孔深度逐渐增大,但掏槽孔超深长度并没有改变。根据部分金属矿山掏槽超深的数据统计,95.2%的金属矿山掏槽超深长度基本保持在200 mm及以下。基于掏槽孔超深现场试验,在保证其他参数不变的前提下,以掏槽孔超深长度作为单一变量,当辅助孔和周边孔炮孔深度分别为1.8 m和2.0 m时,掏槽孔对应的最优超深分别为300 mm和400 mm,获得的炮眼利用率极值为97%和95%,较超深长度200 mm时分别提高了5.4%和10%,掏槽孔超深长度的变化对炮孔利用率有重要影响。基于掏槽孔超深长度优化问题,引入超深系数[η]概念,当辅助孔和周边孔深为x时,掏槽孔对应的孔深为y,存在最优掏槽孔超深系数[η],使得炮眼利用率最高。     

基于分形理论不同装药量的爆破动焦散线实验研究

为研究装药量对爆生裂纹扩展行为的影响。采用透射式数字激光动态焦散线实验系统,分析了不同装药量的爆生裂纹扩展规律,并基于计盒维数的计算原理,编写MATLAB程序计算爆生裂纹的分形维数。结果表明:①起爆后裂纹扩展分2阶段,Ⅰ阶段(0～114.3μs)为爆炸应力波与爆生气体对裂纹尖端的作用,在裂纹的起裂时刻扩展速度达到峰值,随即迅速降低;Ⅱ阶段(114.3μs～裂纹止裂)在反射应力波对裂纹尖端的作用下,裂纹扩展速度继续提升;②裂纹扩展速度峰值、动态应力强度因子峰值、粉碎区面积、爆生裂纹分形维数与装药量正相关;③采用回归分析与线性拟合的方法,得到了裂纹扩展速度与裂纹扩展轨迹分形维数的线性关系,同一裂纹扩展速度的变化符合分形规律。