光面爆破相邻炮孔裂纹扩展模拟

基于爆破理论,借助ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,对岩石中双炮孔爆破裂纹扩展过程进行模拟,进而分析岩石爆破破坏机理和裂纹扩展特点。结果表明:所采用的模型、参数和数值计算方法的可行;孔间裂缝首先在炮孔壁产生,沿炮孔连线扩展并逐渐向连心线中心贯通;结合理论分析,得到了相邻炮孔的合理间距为40~70 cm,孔间裂缝贯通效果较好,随着炮孔间距的增大,孔间裂缝越难贯通,爆破效果越差。数值模拟结果与理论结果吻合较好,这种方法可以为爆破参数设计提供参考。     

基于XFEM的切槽炮孔定向断裂爆破数值模拟

 应用ABAQUS 扩展有限元（XFEM）模拟了切槽炮孔定向断裂爆破时爆生裂纹沿切槽方向和非切槽方向的起裂、扩展和止裂。结果表明：切槽方向爆生裂纹的起裂时间比非切槽方向早10 μs;裂纹扩展速度较非切槽方向具有明显的阶段性,可分为加速扩展、失稳扩展和减速扩展3 个阶段;裂纹的止裂时间比非切槽方向晚60 μs。在裂纹扩展阶段,切槽方向在失稳扩展阶段爆生裂纹的平均速度为1343 m/s,非切槽方向爆生裂纹的平均速度为600 m/s,仅为切槽方向爆生裂纹平均速度的44%,说明切槽有利于爆炸能量释放,增加爆生裂纹的扩展速度。切槽方向和非切槽方向爆生裂纹扩展的平均距离分别为124 mm 和45 mm,说明切槽对爆生裂纹的扩展有明显的导向作用。XFEM 能够正确模拟切槽爆破爆生裂纹的扩展,具有广阔的应用前景。     

缝槽形态对水力压裂效果的影响

为研究资源开采中缝槽形态对水力压裂起裂及裂缝扩展规律的影响,解决因地质资源埋藏深、地下储层结构和应力水平复杂、水力压裂开采过程中所造成的钻孔压裂起裂压力大、起裂方位无序、压裂效果差异较大等问题,建立圆孔和椭圆缝槽的二维水力压裂钻孔模型,利用RFPA-Flow^2D数值模拟软件,理论分析并结合数值模拟,对圆孔和椭圆2个缝槽形态的起裂机理和裂缝的扩展规律进行研究。结果表明：压裂裂缝的扩展延伸方向与施加的应力组合中的最大主应力方向平行,且当施加的应力组合差值不断减小时,裂缝的起裂压力随之逐渐增大;最大主应力平行于椭圆缝槽长轴时相较垂直于椭圆长轴时,裂缝更容易起裂;当应力差减小至零时,对比椭圆缝槽,圆孔缝槽的裂纹扩展出现了随机分叉的现象;在应力组合相同的条件下,椭圆缝槽相比圆孔缝槽的起裂压力更小,椭圆缝槽更容易起裂。     

V型复式拉槽在公路路堑爆破中的应用

以中深孔V型拉槽爆破技术在安徽省滁宁高速公路路堑开挖中应用为例，讨论了V型拉槽爆破的炮孔布置、爆破参数选择、起爆网路设计和爆破安全评估等技术问题。成功的爆破试验表明，在宽间距小抵抗线爆破中采用固定排间距、调整孔距的炮孔布置方法对于不规则自然地形条件下的深路堑爆破是科学有效的。可供类似的路堑爆破设计与施工借鉴。     

用动光弹方法研究与光面爆破机理有关的几个问题

作者用多火花动光弹仪记录了炸药爆炸后光弹模型中裂缝产生、扩展和贯穿的动态过程以及驱动裂纹扩展的应力场的动态应力条纹。根据实验结果分析和讨论了与光面爆破机理有关的几个问题:(1)炮孔用围裂纹的产生与扩展,(2)相邻炮孔同时起爆时炮孔之间裂缝的贯穿,(3)起爆时差对炮孔之间裂缝贯穿的影响。为深入研究光面爆破机理提供了新的实验方法和实验依据。     

爆破时岩石裂纹扩展规律的研究

作者在水泥砂浆模型上就切口炮孔和QC药卷在预裂爆破时裂纹扩展速度进行了测量。试验表明,在爆炸作用下存在一个裂纹快速扩展v_(max)的临界应力强度因子K_s。     

横纵刻槽对半预制战斗部破片成型的影响

为分析壳体内刻槽对半预制战斗部破片成型的影响规律，开展了不同工况的仿真计算，并对典型工况进行了试验验证.利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，对爆炸载荷条件下破片的破碎断裂规律进行了研究，得到了横向刻槽与纵向刻槽的形状、深度等因素对破片成型的影响关系.研究结果表明:仅有横向刻槽时，将形成较多碎小破片；仅有纵向刻槽时，将形成杆条式破片；同时预制横向刻槽与纵向刻槽时，纵向刻槽深度应比横向刻槽深度小于20%，可得到大小均匀、质量可控的破片；刻槽形状采用"V+V"型或"锯齿（斜口朝起爆点）+V"型时，破片破碎控制效果较好.对典型工况开展了试验研究，试验结果与仿真计算结果较为相似，证明了仿真规律的正确性.      

双聚能槽药柱的研究及工程应用

双聚能槽药柱在炮孔内有约束条件下爆炸时,由于聚能作用会聚集双聚能槽药柱爆炸后的成缝能量,并使得炸药爆速发生变化,在采用文中装置后可确保聚能射流能够沿着预裂(光爆)面发挥气刃作用,这样将使爆破应力波作用、高压气体的膨胀作用和聚能射流的气刃作用在岩体形成裂缝的瞬间能够有机结合.     

定向断裂爆破在综放工作面初采切巷的应用

为解决综放工作面初采期上隅角瓦斯超限问题,采用初采切巷深孔爆破强制放顶的方法充填采空区以缩小工作面有效通风断面,以达到改善初采期间工作面通风状态与提高瓦斯排放效率的目的.但是炮孔间距由于受到初采切巷支护结构的限制往往大大超过预裂爆破经验公式确定的上限,造成预裂效果差的后果.为了选择适合现场使用的增加炮孔间距的最佳爆破方法,应用ANSYS/LS-DYNA软件对不耦合装药、V型刻槽和切缝药包3种爆破方式进行数值模拟,结果显示切缝药包爆破在增加炮孔间距和保护岩壁方面有明显优势,并通过模拟确定了切缝药包的最佳开口宽度.最后,通过在阳泉国阳公司K8205工作面进行超前深孔预裂爆破强制放顶的现场应用,比较爆破前、后和割一刀煤后支柱压力的变化情况,验证了良好的预裂爆破效果.      

预裂爆破在水布垭水利枢纽工程溢洪道泄槽段保护层开挖中的运用

预裂爆破是沿开挖边界布置密集炮孔,采取不耦合装药或装填低威力炸药,在主爆区之前起爆,从而在爆区与保留区之间形成预裂缝,以减弱主爆区爆破时对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破作业。本文通过对水布垭溢洪道泄槽段开挖难点的分析,介绍了预裂爆破技术在成功解决这些难点、并加快施工进度、确保开挖质量方面所起的巨大作用。     

滑套固井压裂起裂压力及影响因素

起裂压力高是滑套固井压裂面临的主要问题。根据滑套固井压裂的特征,建立地应力条件下滑套固井压裂计算模型,运用有限元法及岩石抗拉强度准则计算起裂压力,通过长庆油田桃X井的实例进行验证。结果表明:水平地应力差及端口方位角是滑套固井压裂起裂压力的主要影响因素,随着水平地应力差的增大,起裂压力降低,端口方位角增大时,起裂压力增大;地层岩石的弹性模量对起裂压力有较大影响,随着地层岩石弹性模量的增大,起裂压力增大;水泥环厚度对起裂压力的影响规律与水泥环和地层的弹性模量有关,当地层弹性模量大于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而减小,当地层弹性模量小于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而增大。     

空中和水下爆炸时钢筋混凝土板动态响应对比分析

 利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立钢筋混凝土板在不同介质中（空中和水下）爆炸的数值模型,在对比分析爆炸冲击波在空中和水下传播特性的基础上,研究了空中和水下爆炸冲击波对钢筋混凝土板动态响应及损伤程度的影响,并对比分析了不同炸药量及起爆距离对钢筋混凝土板在空中和水下爆炸时动态响应的影响规律。研究表明,在近爆区域内,爆炸冲击波在空中和水下的传播特性存在较大的差异：在空中的传播速度较水下快,并且冲击波压力在空中衰减较水下快;但水下爆炸冲击波压力峰值较空中爆炸大很多,对钢筋混凝土板的潜在破坏能力较强。两种介质中爆炸时钢筋混凝土板的破坏形态对比分析,发现无论是迎爆面还是背爆面,同等炸药量及起爆距离下水下爆炸时混凝土板损伤程度均较空中爆炸时大。     

基于小冲杆试样蠕变试验的P91钢缺口敏感度分析

以服役过的P91为对象,通过小冲杆蠕变实验研究了不同缺口长度对试样蠕变断裂寿命及断裂机理的影响,结果表明不同缺口长度对试样的蠕变断裂蠕变寿命产生显著影响而且试样蠕变断裂寿命与缺口长度并不成比例,缺口长度c=4.mm试样蠕变断裂时间最短,c =5.25 mm试样蠕变断裂时间最长;断裂试样微观断口分析表明不同缺口长度试样的断裂机理与裂纹起裂位置及扩展方向相关,不同缺口长度导致裂纹起裂位置不同及扩展方向不同使得试样蠕变断裂寿命不同。     

A mathematical model for solid liquid and mass transfer coupling and numerical simulation for hydraulic fracture in rock salt

Thehydraulicfracturingtechniqueiswidelyused intheoilengineering,naturalgasexploiting,under groundheatextractingandothermineralresources mining,etc.withwelldevelopedhydraulicfracture modelsforordinaryrocks[1—3].Inthefieldofsolu tionminingofsaltdeposit,thistechniqueisusedto producefracturealongtheplanelayerofthedeposit,thustoconnecttheinjectionandtargetwells[4,5].However,duetothespecialphysicalandmechanical characteristicsofrocksalt,executinghydraulicfrac tureinrocksaltdepositisdifferentfromtha…     

高性能管线钢落锤撕裂试样断裂性能的试验研究

对不同缺口形式的X70管线钢试样进行了准静态三点弯曲断裂和示波落锤撕裂试验，详细研究了加载速度和缺口形式对管线钢断裂的影响，分析了高性能管线钢落锤撕裂试验中出现异常断口的原因．研究表明：异常断口常出现在韧脆转变温度附近，温度较低和较高均不易产生异常断口；管线钢动态断裂扩展是由许多裂纹扩展、止裂、重新起裂过程组成的，裂纹在整个韧带上的扩展速度变化幅度很大；裂纹扩展速度改变引起的裂尖应力状态变化、断裂的扩展方向和韧脆状态改变也可产生异常断口，仅通过改变试样缺口形式来减小试样起裂载荷和起裂功，并不能完全避免异常断口的产生．     

对称应力循环下裂纹萌生与止裂的缺口疲劳极限预测

实际工程材料不可能无限分割而在任意小尺度上满足均匀、连续、各向同性的要求.本文借助断裂单元的概念规定断裂力学适用的最小材料尺度,并取其上应力的平均值进行计算,得到了修正的缺口根部应力及应力强度因子表述式.在此基础上,根椐已有假设,推导得出对称应力循环下裂纹萌生与止裂的缺口疲劳极限预测式.预测值与实验值基本吻合.     

土中拱形结构抗爆试验设计与分析

为实现在化爆条件下土中拱结构荷载分布规律、结构动态响应以及破坏模式等的试验,利用爆炸作用原理和传感器技术理论,在考虑结构抗爆试验基本要求的基础上,设计了野外拱结构爆炸试验。拱结构为现浇钢筋混凝土结构,安装传感器后进行覆土。为有效测量相关数据,试验使用了多种传感器,包括应变传感器、加速度传感器、压力传感器及位移传感器等。给出了拱结构抗爆试验传感器布置情况,介绍了测试基本原理,建立并分析了连接传感器、起爆和同步触发以及数据采集存储几个主要组成部分的动态测试系统。试验结果表明,试验设计满足抗爆试验要求,对其他类似的测试试验可提供一定参考,为土中拱形结构的设计提供依据。     

基于动态三点弯曲实验的Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5大块金属玻璃断裂行为

基于改进的分离式霍普金森压杆实验,研究了金属玻璃分别在预刻Ⅰ/Ⅲ缺口和Ⅰ型缺口条件下断裂行为的差异性。发现在冲击载荷下,Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)试样发生Ⅰ/Ⅲ型断裂的起裂时间相对于Ⅰ型断裂明显被延迟;并且Ⅰ/Ⅲ型断裂的卸载过程明显被延阻。Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)试样所承受的峰值载荷呈现出随着冲击速度增加而增大的趋势;当冲击速度相近时,试样发生Ⅰ/Ⅲ型断裂比发生Ⅰ型断裂承受了更大的峰值载荷。通过对试样电镜扫描图的分析,从形貌学和剪切带形成机理角度对实验结果进行了解释。     

高温和高压下CBM的爆炸极限

利用自主开发的实验装置,测定了20,60,100,150,200℃及常压,100,200和300 kPa初始条件下煤层气(CBM)的爆炸极限值.结果表明,随初始温度和压力的增加,爆炸极限上限变大,下限变小,爆炸极限范围变大,危险性增加;初始温度和压力对爆炸极限上限的影响大于对爆炸极限下限的影响.研究结论为CBM开发使用过程安全工艺参数的确定提供了实验依据.     

基于PHF-LSM模型岩石分段水力压裂应力阴影效应

采用PHF-LSM(permeability-based hydraulic fracture-level set method)水力压裂数值计算模型,模拟并分析了均质与分层岩石材料中分段压裂过程引起的应力阴影效应.通过与单一裂缝诱发应力理论解的对比,验证了PHF-LSM考虑应力阴影效应的可行性.以此模型为基础分析了单一裂缝发展过程中,岩石材料参数与初始应力条件对诱发应力场的影响,以及均质与分层岩石材料的多裂缝起裂过程中不同压裂间距与压裂顺序产生的应力阴影效应.数值计算结果表明:泊松比、抗拉强度与孔隙率的增加会增大裂缝引起的诱发应力与净压力比值的峰值,而弹性模量和水平主应力差的增大会减小该峰值;裂缝间距的扩大可以减弱裂缝间应力阴影效应;两步压裂与顺序压裂的裂缝总面积均大于同时压裂时的面积,但顺序压裂与两步压裂会带来更高的起裂压力;产层厚度与压裂间距的减小会增大应力阴影效应.