炸药破碎岩石能量利用率的研究

以爆炸动力学理论和岩石断裂理论为基础,分析了岩石爆破中的能量平衡问题,并给出了炸药破碎岩石能量利用率的计算方法,理论分析表明,平均爆破块度随岩石的单位表面能的增加而增加,计算结果表明,炸药破碎岩石能量利用率仅占炸药总能量的百分之十左右.     

深孔水压爆破的数值模拟研究

利用LS-DYNA对深孔水压爆破过程进行了数值模拟,比较了水介质不耦合的深孔正反起爆以及不同炸药等因素对岩石作用效果的影响。结果表明,反向起爆的深孔爆破效果优于正向起爆,有利于自由面附近岩石的破碎,并且延长爆生气体压力作用时间约10%;梯-黑炸药对岩石同一位置质点的径向位移比TNT高出11%,炸药的能量越高,对岩石的破碎效果也越好。     

岩石性质对爆破振动传播规律的影响

为了确定大孤山铁矿爆破开挖过程中,岩石力学性质对爆破振动传播规律的影响关系,通过测试爆区岩石的力学参数与现场爆破振动,研究了爆破振动速度的三个方向在混合岩、千山花岗岩与磁铁石英岩中的衰减趋势,并以爆破振动数据为基础分析了爆破过程中炸药能量的利用特征,研究结果表明:不同岩石在不同方向具有不同的衰减趋势,炸药的能量利用率与岩体的衰减系数与K、α有关,表现为磁铁石英岩和千山花岗岩的炸药能量利用率低于混合岩的能量利用率。     

加载速率对砂岩破碎及能耗特征的影响

为了研究应力波加载速率对岩石破碎与能量利用效率的影响,利用杆件纵向撞击面局部变形的非线性模型设计了5种不同曲率半径的锤头,获得了非等入射能与等入射能条件下不同加载速率的入射应力波,并对红砂岩进行了冲击试验.结果表明:随着应力波加载速率的增大,砂岩试样破碎块度的分形维数呈近似线性增长关系.在加载速率相同的情况下,砂岩试样破碎块度的分形维数随入射能的增大而增大.随着入射应力波加载速率的增加,破碎能耗密度增大.在加载速率相同的情况下,入射能越大岩石破碎能耗密度越大.在非等入射能条件下,岩石破碎过程中的能量利用率随着入射能的增大呈明显的下降趋势.实际生产中最优的应力波形必须综合考虑破岩效果和能量利用率等因素.     

岩石与炸药波阻抗匹配的能量研究

传统的波阻抗匹配观点正在受到来自工程爆破实践和岩石炸药波阻抗匹配的试验和分析结果的冲击。作者分析了传统波阻抗匹配观点的不全面之处,在此基础上,用较为全面地反映药卷爆轰与孔壁作用过程的模型,以传递到岩石介质中的爆炸能量最大为目标,通过理论分析和数值计算,给出了合理匹配时岩石与炸药参数间的关系,经验证,可以用来作为一种选择炸药的依据。     

台阶爆破模型试验下破碎岩石抛掷速度规律分析

为了研究台阶爆破破碎岩石抛掷速度的主要影响因素与变化规律,采用量纲分析法确定破碎岩石抛掷速度的主要影响因素,并借助高速摄影系统与台阶爆破模型试验研究不同影响因素下破碎岩石抛掷速度的变化规律.结果表明：破碎岩石抛掷速度的主要影响因素为炸药单耗、最小抵抗线与炸药量的关系(W³/Q)和不耦合系数,抛掷速度对炸药单耗最为敏感,W³/Q与不耦合系数次之;高速摄影图像显示,当爆破作用时间为0.5 ms时,台阶自由面岩石出现位移,当爆破作用时间为2.0 ms时,在爆炸应力波作用下,台阶自由面出现裂缝,破碎岩石的运动形态可分为鼓包运动阶段与抛掷运动阶段,二者之间存在明显的过渡阶段;炸药单耗、W³/Q、不耦合系数与抛掷速度间存在明显的非线性关系,抛掷速度随炸药单耗的增加呈指数函数递增,且存在临界炸药单耗使破碎岩石的抛掷速度出现激增,抛掷速度随W³/Q、不耦合系数的增大呈幂函数递减.     

岩石爆破的破碎块体大小控制

基于岩石组成的层次结构及其力学特性,分析爆炸载荷下岩石破坏的物理本质;探讨岩石爆破中的炸药爆速及装药量对岩石破碎块体尺寸及爆破引起围岩损伤区变化的影响;指出岩石爆破中正确选定炸药品种和确定单位体积炸药消耗量是控制岩石破碎块体大小的有效手段;同时也指出根据爆破目的合理控制岩石破碎块体大小有助于减少爆破引起的围岩损伤.对岩石爆破工程中正确进行装药设计具有重要意义.     

双自由面台阶爆破最小理论药包量的计算

从静力学出发,根据弹性力学和结构力学理论,推导出了一个包含岩石和炸药性质、爆破几何参数以及被爆岩石的破碎程度等因素、适用于双自由面台阶爆破的最小理论药包量计算公式     

基于能量耗散原理的红砂岩崩解机制研究

为了研究红砂岩的崩解机制,寻找阻滞其崩解的方法,通过分析红砂岩崩解过程中传递的不同能量类型及其定量计算方法,基于能量耗散原理建立红砂岩崩解的能量耗散模型。结合工程实例,运用该模型分析红砂岩在崩解过程中的能量变化规律。研究结果表明:在岩石自然环境中的崩解过程中,随着岩石粒径变小,其新增表面积越来越大,其新增表面能随时间呈线性增大,但是,在这个过程中,岩石对吸收能量的利用率下降,说明红砂岩在不同崩解阶段对吸收热量的利用率不同;红砂岩崩解能量利用率随崩解呈指数衰减。建议工程上在治理红砂岩问题时可采用预先崩解的方法,然后采用压实破碎,包边封闭的方法尽量减小红砂岩与外界环境接触的面积,切断软岩崩解所需的能量来源,以延迟其崩解。     

全断面钻进岩石破碎过程的功能消耗

全断面钻进时,滚刀给岩石的输入功主要以裂缝表面能、破碎表面能、再压固能、热能和弹性应变能等方式消耗掉。研究这些能耗的量值及分配率,有助于发现提高岩石破碎能量利用率的途径。例如,再压固模拟实验揭示,消耗于已碎岩粉再压固的能量,竟占输入功的10—20%。尽管再压固过程是不可避免的,应当通过改善刀具设计等途径减少其压固量,从而使这部分能量应用于岩石破碎。     

块系岩体摆型波能量转化和耗散规律

摆型波现象发生在块系岩体之中,其特性迥异于连续介质中的弹性波。摆型波携带大的能量,易引发冲击地压等各种工程地质灾害。基于一维块系岩体中摆型波传播动力模型,利用中心差分法,求解块体系统在不同刚度、黏度及块体尺度情况下摆型波的能量值,分析上述因素变化对能量转化和耗散的影响。研究表明:随着刚度系数的增大,每个块体弹性势能的最大值也增大,系统动能和弹性势能的衰减周期减小;黏性系数越大,每个块体弹性势能最大值越小,每个衰减周期内的能量峰值显著降低,能量衰减速度变快;随着块体尺度的减小,系统动能和弹性势能的衰减周期变大,衰减周期的能量峰值显著降低,系统总能量在前期的衰减速度变快。受到固定端的影响,靠近固定端的块体的最大动能和最大弹性势能会有所增加,且最大弹性势能增加的幅度远大于动能增加的幅度。研究结果对预防工程灾害、保障工程安全具有重要意义。     

脆性煤岩损伤模型及冲击地压损伤能量指数

根据脆性煤岩的试验研究结果，采用损伤力学的原理和方法，建立了脆性煤岩的损伤本构模型，对脆性煤岩的损伤力学特性进行了研究。在此基础上，从煤岩损伤力学角度出发，研究了煤岩内部能量转化机制，导出了脆性煤岩损伤能量释放率，分析了煤层发生冲击地压过程中的能量变化，并提出了冲击地压的损伤能量指数这一新的概念，确定了冲击地压发生的必要条件。     

干湿循环作用下露天矿边坡岩石损伤能量演化分析

水位升降对露天矿坑边坡岩石强度产生明显的弱化,因此,干湿循环对岩质边坡稳定性分析具有重要影响。通过不同干湿循环次数下的岩石单轴压缩试验,基于不可逆热力学损伤理论,分析外力总功、弹性能以及能量耗散之间的内在关系。实验表明:外部载荷对岩石所做总功,一部分转化为岩石弹性变形能,还有一部分以能量耗散的形式导致岩石发生不可逆的损伤。通过岩石室内试验,研究花岗岩力学性质变化规律,建立基于能量耗散原理的不同循环次数下花岗岩损伤演化方程。室内试验分析和理论研究表明,基于能量耗散原理建立的不同干湿循环效应下岩石损伤演化方程,可以较好地描述岩石的损伤演化。     

岩石能量特征与其细观结构的关联性

 岩石的细观结构影响其受载过程中的能量行为。从岩石基元平均强度、均质度和细观特征尺度等3种细观特征入手,研究了其对特征能量参数和能量特征指数的影响规律。结果表明:(1)基元平均强度越大,相同应力比下的输入能量密度和积聚弹性能密度呈非线性增长;峰后所需耗散能密度变化不大,约为500～2000J/m³;弹性能转化率变小;岩样能量特征指数呈指数型增长。(2)随着均质度的升高,峰前输入能量密度和积聚弹性能密度都呈线性增长;峰后破坏所需耗散能降低;越来越多的能量转化为弹性能积聚在岩石内;能量特征指数线性增大。(3)细观特征尺度越大,外界输入能量和积聚弹性能都增大,但幅度不同;峰后破坏所需耗散能越大;弹性能转化比例越低;当细观特征尺度小于1mm时,能量特征指数大幅减小,而当其大于1mm时,变化不大。     

岩石峰值强度后变形速度特性及其在巷道围岩分区碎裂分析中的应用

考虑岩石的亚临界和超临界变形.在超临界变形软岩体显示的移动速率较大,将导致类似于动能的增加,随着动能密度到达规定值.一部分具有超临界变形的岩体被假定与主体部分分离.基于此种假设,研究了柱面开口范围内的分区碎裂问题.结果表明:考虑到岩体形成的特点（膨胀、内部摩擦力角）,提出岩体区域破碎计算示意图,确定了"假"等高线形成分母为2^1/2的几何级数的条件.     

地应力对岩体爆破特征影响规律分析

为研究地应力对岩体爆破的影响,本文通过颗粒流软件（PFC2D）建立计算模型,进行数值模拟,从模型内部应力变化、裂纹分布、裂纹数量和能量场多个角度来分析爆破效果。结果表明：地应力严重影响岩体的爆破效果,尤其是压碎区,地应力每增长1 MPa,峰值应力就会大约增长26 MPa;地应力会抑制裂纹发育,对岩体裂纹分布状态和裂纹数量的抑制效果在3~6 MPa时最明显;地应力每增长1 MPa,岩体内部应变能会大约增长250 kJ;摩擦能和动能的能量变化峰值会随地应力的增加而稍微增加。     

川北防护林区岩土系统的物能流复映射特征

通过对四川盆地北部防护林区岩土系统研究,从物质、能量、信息流角度论证了岩土演化对防护林植物群落的综合效应。结果表明：风化岩体是岩土系统物能流信源体,主要反映为物源始态差异;土壤容库系统起中转筛检作用,反映地下馈供信息流与植被需求信息流的匹配程度不同;防护林植物群落是岩土系统的信宿终端,岩土系统物能流复映射特征对植物群落优劣态势起重要影响作用。     

裂隙尖端能量释放和整体变形能量的等效性

以单轴应力和静水应力状态为例，分析了单裂隙变形过程中裂隙尖端局部能量释放和裂隙整体变形能量的等效性；并以此等效性为基础，从计算裂隙尖端局部能量释放和计算裂隙整体变形能量两种途径出发，对裂隙固体的有效弹性模量和有效体积模量进行估计，得到了相同的表达式，从而说明了两种能量的等效性是众多裂隙岩体类型有效弹性模量分析的基本前提。     

各向同性岩石不同损伤变量关系的探讨

将ｌｅｍａｔｉｒｅ应变等价假设应用于岩石材料的纯剪切情况，推导了相应的损伤变量Ｄ和应变能释放率Ｙ的表达式；以损伤应变能释放率为基础，探讨了各向同性岩石在不同受力状态下损伤变量间的关系。