岩体爆破震动损伤评估的多元判别分析模型

提出基于多元判别分析理论的岩体爆破震动损伤安全判据方法。考虑爆破震动信号的幅值强度特性、频谱特性、持时特性和时-能密度曲线特性,并选用震动峰值速度、震动主频、震动持时和时-能密度曲线下的面积作为判别因子,建立多元判别分析模型对岩体的爆破震动损伤情况进行预测。以工程岩体实测数据作为学习样本进行训练,建立相应判别模型对待判样本进行判别,利用回代估计法对模型的合理性进行检验。研究结果表明:建立的判别模型回判估计的误判率为0,预测结果与实际结果相符;判别分析模型综合考虑了影响爆破损伤的多种因素,与其他单指标判据相比,评估结果与实际结果更加相符。     

爆炸荷载下结构响应的EMD分析

通过经验模态分解法(EMD)将信号分解为固有模态函数(IMF),结果表明震动信号是由不同频率的具有实际物理意义的固有模态函数分量组成.同时建立了爆炸荷载下的单自由度体系结构动态响应模型,并运用实例分析了结构在爆破震动下的动力放大效应.分析表明不同的IMF分量对结构的影响各不相同,两者频率越接近,其共振作用就越明显.结构对荷载的响应主要取决于不同幅值、不同频率的各IMF分量的共同作用.图5,表1,参11.     

多次爆破作用下巷道围岩累积损伤演化与破裂特征

为研究多次爆破作用下巷道围岩累积损伤演化与破裂特征,建立考虑扰动效应的时效损伤本构模型.二次开发扰动效应的时效损伤本构模型,并建立数值模型验证了开发程序的正确性.将本构模型应用于深部巷道多次爆破开挖的数值模拟中,研究围岩累积损伤演化特征与破裂特征.结果表明：地应力对巷道围岩爆破累积损伤有抑制作用,地应力越大,抑制作用越明显;围岩的损伤程度随爆破扰动次数的增加呈现非线性累积特征,围岩损伤范围也随着爆破荷载作用次数的增加而扩大;巷道围岩近区在多次爆破荷载作用下损伤严重,巷道围岩表层出现破裂现象.     

大汉石膏矿深部开采合理间柱宽度研究与应用

兰陵石膏集团大汉矿-520 m深部地压显现明显,爆破震动对巷道围岩损伤程度逐渐加重,出现变形增加、劈裂的现象,以原设计采场结构参数(采宽6 m,采高15 m,采长20 m,留设6 m间柱)进行开采难以满足安全生产的要求。在实测爆破震动波速的基础上,应用FLAC3D有限差分软件,对大汉石膏矿-580 m水平深部采场稳定性进行动力学分析。结果表明,在矿房尺寸不变的情况下,留设6 m、8 m间柱时,在静力及爆破震动影响下,间柱均出现较大范围的剪切破坏区域。严重影响采空区的稳定性;留设10 m间柱时,围岩无明显损伤区域。因此推荐合理间柱宽度为10 m,经过现场实验及位移监测,得到了较好的安全效果,对此类矿山深部安全开采具有一定的指导意义。     

爆破作用下金属矿山围岩稳定监测点优化布置

利用矿山现场取得的爆破地震波,结合矿山的实际开采状况,对爆破作用下金属矿山围岩稳定的监测点进行优化布置研究.为了分析爆破作用对地下金属矿山围岩稳定性的影响,截取矿山具有代表性的VII-2矿体剖面,利用光纤光栅传感器对现场爆破作用下的围岩应变进行监测,对爆破作用下围岩的稳定性进行数值模拟计算.依据数值模拟计算结果对围岩监测点的布置位置进行优化.研究结果表明,光纤光栅传感器对爆破作用造成的矿山围岩微应变能够有效的监测,利用光纤光栅进行矿山围岩稳定性监测是可行的.依据爆破前后巷道的位移、应力、加速度和速度变化规律,在布设传感器监测点时将规律点和关键点相结合,定期监测和长期监测相结合,可以更有效地进行地下金属矿山围岩稳定的监测.并适当增设补充点,能够对巷道监测关键点的布置进行有效优化,提高监测的针对性.在实际应用中,应结合应用现场的实际地质条件,在节理和裂隙发育或存在大断层区域增设监测点,以保证监测数据的完整和决策的正确.     

爆破地震作用下结构的损伤及动力响应分析

针对建筑结构爆破地震响应研究中材料模型和结构模型过于简化的问题,采用已建立的岩石类材料的正交各向异性动力损伤本构模型,将其编制成动力有限元软件LS—DYNA的用户自定义子程序,模拟计算一个二层两跨典型砌体结构在不同爆破地震波作用下的动力响应．并分析了爆破地震波三要素对建筑结构的损伤及动力响应的影响,结果表明：地震波幅值的增加,可明显加剧结构的损伤,损伤可大幅增加结构应变响应;结构存在一个危险的频率段,并且这个频率段应在结构高阶振动模态对应的频率中;结构的损伤和动力响应还与震动波形有密切关系;当结构受迫震动阶段产生损伤时,爆破地震波持续时间对结构响应影响就很大。     

大冶铁矿东露天高陡边坡爆破震动监测

在高陡边坡上爆破开采挂帮矿，为确保边坡的安全，需对爆破引起的震动进行安全监测。基于大冶铁矿2^＃挂帮矿开采的实际，设计爆破震动监测方案，并通过现场监测开采过程中的爆破震动的大小，利用监测结果的反馈信息来控制爆破规模，确保高陡边坡的稳定，为矿体的顺利开采提供科学依据。     

基于爆破损伤的露天矿边坡稳定性的灾变分析

基于爆破震动影响下露天矿岩质边坡滑动趋势面介质的损伤弱化效应,建立了爆破荷载、后缘裂隙静水压力及滑动趋势面扬压力共同作用下的尖点突变模型,并根据导出的临界爆破药量的表达式给出了边坡失稳的判据条件.以鞍千矿业有限公司许东沟采场西帮的一处滑坡为例,利用建立的二维简化模型和导出的失稳判据对边坡在多次爆破作业影响下的稳定性进行了分析,得到了稳定性随爆破次数累积的变化规律.结果表明:边坡失稳的可能性随爆破次数的增加呈现递增的趋势,同时也说明了边坡失稳的发生通常不是仅由一次爆破作业造成的,而是由于多次爆破作用的累积效应所致.通过对比4次爆破作业的临界药量和实际药量,验证了利用导出的失稳判据评价露天矿边坡的稳定情况是合理可行的,对爆破开挖设计中实际药量的选择有一定的指导意义.     

水下钻孔爆破地震波信号的最优降噪光滑模型

在水下钻孔爆破地震波监测中,会因监测环境、测试系统及其他因素而导致实测地震波信号混有噪声.为了获得真实的爆破振动特性,文中对水下钻孔爆破地震波信号进行降噪处理.首先对含噪实测地震波信号进行补充集合经验模态分解,基于分解所得的本征模态函数建立滤波算法;然后建立考虑滤波算法光滑性及其与实测信号之间误差标准差的目标函数,找到目标函数最优解对应的模型就是水下钻孔爆破地震波信号的最优降噪光滑模型;最后基于降噪误差比分析模型的降噪能力.结果表明,文中提出的地震波信号最优降噪光滑模型可用于水下钻孔爆破信号降噪中,该模型可以在保留原始信号真实成分的前提下对原始信号进行降噪处理.     

动力扰动下含软弱夹层巷道围岩力学响应特性

 为了研究动力扰动下有无软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响,利用大型通用有限元软件Abaqus 对冬瓜山铜矿深部出矿巷道受到采场爆破作用下围岩的力学响应进行了数值分析并提出支护优化方案。结果表明：由于软弱夹层的存在,巷道拱顶和底板竖向应力波动幅值大于无软弱夹层巷道,底板竖向应力波动幅值变化较明显,而巷道拱顶和底板水平应力波动幅值却小于无软弱夹层;巷道拱顶和两帮的变形明显大于底板,对于无软弱夹层的巷道围岩变形明显大于有软弱夹层巷道,且变形速率较大;离爆炸源越远巷道围岩的应力和变形越小,但变化不明显,并在动力扰动0.15 s 左右后趋于稳定;基于对冬瓜山铜矿现场调查,发现巷道顶板冒落破坏形式,从而提出支护优化方案,使得巷道围岩变形是无支护时的1/3,有效地控制了巷道围岩变形。     

基于统一强度理论的巷道围岩松动圈计算方法

针对不同强度准则计算松动圈的适用性问题,基于围岩弹塑性理论,采用统一强度理论推导了巷道围岩松动圈理论计算公式。依托实际工程,采用Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则和统一强度理论对巷道围岩松动圈厚度进行理论计算。将理论计算结果和现场测试结果进行对比,发现基于Mohr-Coulomb准则计算松动圈厚度大于现场测试结果,基于Hoek-Brown准则计算松动圈厚度小于现场测试结果,同时二者的理论计算厚度与现场测试结果相差较大。而统一强度理论计算松动圈厚度和现场测试结果比较接近。因此,统一强度理论适用于巷道围岩松动圈理论计算。     

含软弱夹层对巷道围岩承载结构的影响分析

为研究软弱夹层对巷道围岩承载结构和稳定性的影响,采用相似材料模拟和理论分析相结合的方法,通过三种不同方案对比分析了不同支承结构下含软弱夹层巷道围岩受力与变形情况,揭示了含软弱夹层巷道围岩稳定控制机理,并通过现场实测进行验证。结果表明:①巷道顶板和帮部破坏程度明显大于肩部;②采用方案三联合支护能够有效提高巷道围岩应力和承载力;③联合支护方案能够使软弱夹层与上、下硬岩层之间协同耦合承载,减少巷道围岩变形。     

圆形巷道围岩破坏机制解析及静动耦合响应力学行为

非等压圆形巷道围岩塑性区相关问题是影响围岩破坏失稳的重要因素。首先,基于Mohr-Coulomb破坏准则,分析非等压圆形巷道围岩塑性区边界条件,探究侧压系数对塑性区形成的影响机制。此外,利用ANSYS/LS-DYNA仿真平台对不同侧压系数下的巷道围岩力学行为进行静动载荷耦合响应数值模拟。结果表明：侧压系数的增大显著改变围岩有效应力的分布特征。有效应力场的分布特性与塑性区边界理论解具有一定的吻合性。不同侧压系数的应力场作用时,巷道围岩的变形具有显著的差异性,随着侧压系数的增大,围岩发生较大的非均匀性变形。静动耦合作用下顶板和底板的围岩破坏区域显著增加,但两帮围岩的破坏面积有减小的趋势。     

巷道支护力作用及影响因素分析

采用库伦-莫尔理论,对巷道圃岩出现塑性区前后支护力与圆岩应力之间的关系,以及不同塑性区力学参数下支护力与巷道围岩塑性区半径之间的关系进行了研究。结果表明,由于巷道实际支护力与原岩应力比值只有1／10～1／100,对不出现塑性区和破裂区的完整岩体巷道,支护力的作用是很小的,可以忽略不计。而当围岩中出现了塑性区和破裂区之后,支护力的作用才开始显现。提高支护力可直接减小圃岩破裂区（塑性区）范围,但提高支护力的主要作用是提高弹塑性区围岩压应力,达到提高破裂区（塑性区）岩体宏观强度的目的,从而减小塑性区和破裂区的范围。影响支护力作用效果的主要因素是塑性区力学参数。     

窄煤柱护巷机理的数值模拟分析

窄煤柱护巷机理的数值模拟分析以沈阳煤业集团红阳矿的"孤岛"工作面为例,基于岩体的渐近损伤模型,应用RFPA程序计算分析了不同尺寸护巷煤柱的变形场和应力场,着重探讨了窄煤柱沿空掘巷的护巷机理.研究结果表明了护巷煤柱宽度对回采巷道的围岩变形有很大的影响,当煤柱宽度为3-5m时巷道最容易维护.     

巷道围岩卸荷破坏裂隙发展模型试验研究

为了深入研究巷道围岩卸荷破坏裂隙发展规律,针对试验考察巷道突然开挖卸荷后周边围岩裂纹的扩展状况,自行设计巷道卸荷试验装置和试验方法,采用有机玻璃板模拟围岩,中心挖去缺口部分代表巷道,遵循试验模拟的相似模型准则来设计试验,并采用高速摄影方法对模型裂缝的发展进行拍摄.试验结果表明:围岩中的弱面不但是加载过程中最容易破坏的位置,也是卸荷破坏过程中强度最薄弱的位置;裂纹的扩展方向与主要卸荷方向垂直,属于拉伸破坏类型;卸荷后在巷道的角部产生了拉应力集中.     

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响，应用弹塑性力学理论，基于Drucker-Prager屈服准则，推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式；再由极值点失稳理论，确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程，分析中间主应力系数对临界水压力的影响，结果表明：中间主应力对临界水压力有较大影响，采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa；与基于MC准则的计算结果作对比，发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能，可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。     

高应力软岩巷道预应力桁架锚索支护技术

曲江矿212风巷属于深部高应力软岩巷道,原有的"锚索+锚杆+梯子梁+金属网"联合支护并没有从根本上解决大变形问题.通过数值模拟与实践经验,在原有支护的基础上分析了巷道破坏的原因并提出了预应力桁架锚索支护方案.实践表明:预应力桁架锚索与传统锚杆、锚索相比具有抗剪强度高和有效加固两帮减少顶板下沉等优点,能减小塑性区范围,提高围岩的稳定性.     

巷道锚喷补偿收缩钢纤维砼支护结构数值分析

巷道支护结构稳定是煤矿安全生产的前提,结合巷道混凝土破坏特征和混凝土材料复合增强原理,提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土作为支护材料。以朱集矿-965水平轨道大巷为工况,采用ANSYS数值软件对巷道锚杆-喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护结构的稳定性进行数值分析。考虑围岩作用下锚杆与喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护体系建立三维有限元模型。采用弹塑性D-P本构模型进行计算,得出围岩-支护结构体系下围岩的应力场、位移场、塑性区以及支护内力的分布规律。通过荷载步设置探讨巷道开挖对围岩稳定性的影响,以及支护结构的受力特征,找出巷道支护结构的"危险点"和围岩的应力集中区。提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土的支护措施。通过工业性试验验证了该支护结构体系能够有效地改善和提高支护结构的稳定性。     

深部倾斜巷道变形机理的数值模拟

文章综合考虑影响深部巷道围岩变形的各种因素,并以淮北临涣矿为工程背景,通过现场观测、调研、取样和煤岩力学参数的实验室测定,建立了临涣煤矿的深部巷道计算模型;采用大型有限元软件ANSYS,分析软岩影响下的巷道变形特点;论述了适合软岩巷道围岩变形控制的耦合支护理论,并结合该理论和软岩巷道应力破坏特点,对临涣煤矿软岩处进行了支护优化设计,并对支护设计的结果进行了数值模拟仿真分析,得出对后续现场支护工业实验具有指导意义的结论。