临近边坡精确延时控制爆破实验及数值模拟研究

为了研究边坡在不同延期时间下的微差爆破振动强度,结合微差爆破理论,采用我国自主研发的隆芯1#数码电子雷管进行了混凝土边坡模型的精确延时控制爆破实验;并利用有限元分析软件ANSYS进行了数值模拟,研究了精确延时控制爆破作用下不同微差时间对爆破振动强度的影响。结果表明:精确延时控制爆破技术的应用对边坡有着良好的减震效果,模型实验条件下,延期时间为2 ms时减震效果最优。     

基于LS-DYNA台阶微差爆破最佳延期时间的降振控制

为探究不同延期时间对台阶爆破振动的影响,在总结分析国内外有关研究基础上,运用动力有限元软件LS-DYNA进行台阶微差爆破数值模拟.爆破模型采用双孔柱状耦合装药的0、17、25、42 ms四种不同延期时间起爆方式,模拟过程中在临近爆破台阶的下个台阶面上选取3个监测点,采集4种延期起爆合成速度时间曲线.通过观测曲线发现,当延期时间为25 ms时,合成速度峰值最小、降振最为明显;而坡脚处峰值速度最大,说明出现应力集中现象.同时实地进行单孔爆破测振实验,依据谷峰时速分布特征,对某实测简单振动波进行Gaussian多峰拟合,发现该振动波最小合成速度出现时间点为t=25 ms左右.     

岩质边坡爆破振动速度高程效应

基于量纲分析理论,分析影响边坡爆破振动速度相关物理量,推导改进考虑高程影响的爆破振动速度衰减经验公式。结合大冶铁矿东露天采场狮子山北帮边坡挂帮矿开采工程实际,建立简化模型计算分析并通过现场实测数据进行验证。采用已验证模型及参数,分别建立不同坡度边坡(坡角依次为15°,30°,45°和60°)爆破振动数值模型模拟计算,研究高程效应对爆破振动速度衰减的影响。计算分析结果表明:对于同一边坡坡体内同一水平监测点,高程作用对边坡振动速度的放大效应明显,并主要以垂直方向振动速度放大为主;对于同一边坡坡面监测点,随着水平距离、高程差的增大,爆破振动速度以衰减趋势为主导,放大效应不够明显;对于不同坡度边坡,在同一水平处各坡面监测点爆破振动速度随着边坡坡度增加以衰减为主,但存在高程放大效应占主导的现象;对比分析结果说明基于量纲分析改进的经验公式能够对边坡爆破振动速度高程的影响进行更好地修正。     

基于LS-DYNA的台阶微差爆破降振研究

为了探究不同延期时间对于台阶爆破振动影响,本文在总结分析国内外有关研究的基础上,运用动力有限元软件LS-DYNA进行台阶微差爆破数值模拟。爆破模型采用双孔柱状耦合装药的0ms、17ms、25ms、42ms四种不同延期时间起爆方式,模拟过程中在临近爆破台阶的下个台阶面上选取三个监测点,采集四种延期起爆的合成速度时间曲线。通过观测曲线发现,当延期时间为25ms时,合成速度峰值最小、降振最为明显;而坡脚处峰值速度最大,说明出现应力集中现象。同时实地进行单孔爆破测振实验,依据谷峰时速分布特征,对某实测简单振动波进行Gaussian多峰拟合,发现该振动波最小合成速度出现时间点为t=25ms左右。     

土工结构物渐进破坏过程Cosserat连续体有限元分析

基于压力相关弹塑性Cosserat连续体模型的有限元过程,有效地模拟了挡土墙、开挖边坡等岩土工程结构中由土体剪胀(非关联塑性流动)或应变软化行为所引起以应变局部化为特征的渐进破坏现象.挡土墙中的土体考虑为非关联的理想弹塑性材料,而边坡开挖中的土体为应变软化弹塑性材料.数值结果表明,基于经典连续体的有限元分析不能完成整个破坏过程的模拟,而所发展的基于Cosserat连续体模型的有限元过程具备保持由非关联塑性或应变软化引起的应变局部化边界值问题的适定性和模拟土工结构物中整个渐进破坏过程的能力.     

隧洞爆破开挖对岩质高边坡产生的振动效应研究

针对金佛山水利工程中水工隧洞爆破对左岸岩质高边坡的不利影响,采用有限元数值模拟手段,研究了隧洞爆破对边坡的振动效应,探讨了振动波的传播及分布规律,查明了边坡内部裂隙对振动波传播的影响,根据应力和振速之间的相关性,提出了该边坡的爆破振速的参考安全阀值。结果表明：金佛山水工隧洞爆破开挖对左岸岩质高边坡的振动影响较小,振速峰值未超过规范所规定阀值;由于隧洞爆破和边坡开挖爆破对边坡的坡面振动效应以及传播方向不同,导致爆破振动波通过边坡内部裂隙的传播规律也不同;根据边坡平台内外侧质点的速度分布,借鉴小湾水电站边坡工程,选取平台内侧岩体作为监测部位,根据应力和振速之间的统计规律,得到了左岸岩质高边坡的爆破振速参考安全阀值。     

横观各向同性岩土结构极限承载力的数值研究

基于Cosserat连续体,建立了描述横观各向同性岩土材料的弹塑性模型,在该模型中,弹性本构关系由5个变形参数描述,塑性阶段通过引入组构张量及加载方向建立了修正的Drucker-Prager准则.针对上述模型推导了一致性映射返回算法的迭代格式及模量矩阵,结合适用于Cosserat连续体的平面应变8节点减缩单元应用ABAQUS用户自定义单元接口UEL进行了数值实现.数值算例分析了各向异性程度和材料主方向对横观各向同性岩土结构的极限承载力和变形局部化模式的影响.结果表明,所建立模型能较好地模拟横观各向同性岩土结构的应变局部化行为,且较好地解决了伴随应变局部化现象出现的网格依赖性问题.     

土质边坡渐进破坏过程的近似模拟

用有限元强度折减法对边坡进行计算,分析滑动面上典型位置单元应力状态变化规律,建立单元应力状态和边坡整体稳定性之间关系,提出单元失稳判据.将判据的有限元语句程序化,对天然边坡进行有限元强度折减计算,应用所提判据和程序对边坡渐进破坏过程进行有限元数值模拟,采用不同失稳判据和极限平衡法计算结果进行比较,验证了本文单元判据的合理性,本文判据能解释和模拟边坡的渐进破坏过程.将本文方法与位移突变判据结合使用,既能描述边坡渐进破坏,又便于工程中对边坡、基坑工程的安全性进行实时监测与反馈.     

城市浅埋隧道的爆破减振研究

以武汉市地铁二号线宝通寺车站过街隧道为工程背景,通过数值模拟方法研究爆破前人工开挖上导洞的施工方式对受控混凝土管道爆破振动速度的影响,以判断该种开挖方式减振的可行性。结果表明,与没有上导洞的情况相比,有上导洞时监测平面上的质点振动速度最大值降低了53.7%;两种开挖方式下,受控管道的振动速度最大值出现在不同位置,导致管道受损最严重的部位也不同。数值计算结果为爆破减振设计提供参考,保证了施工过程中地下管线的安全性。     

爆破作用下露天矿边坡动态稳定性

以归来庄深凹露天金矿为工程实例,采用FLAC和强度折减法,得出边坡在静力条件下的安全系数.针对不同折减系数下的边坡计算方案,在坑底施加爆破动载荷.将加卸载响应比理论引入边坡动力稳定分析研究中,建立边坡在爆破作用下的加卸载响应模型.以爆破振动速度的周期性变化作为加载量,以边坡特征点的相应速率作为响应参数,进而确定在爆破载荷作用期间的边坡加卸载响应比.计算结果表明:在爆破载荷作用后,不同的边坡稳定状态表现出不同的加卸载响应比特征;在边坡失稳前,加卸载响应比呈现持续增长的特点,说明以加卸载响应比作为爆破边坡稳定性的判断依据是可行的.     

低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯超限影响煤巷掘进速度问题,建立深孔预裂爆破三维有限元模型进行数值模拟研究。模拟结果表明,深孔预裂爆破经历了冲击波冲击煤岩产生裂纹、稀疏波使煤体裂纹扩展以及爆轰气体驱动裂纹扩展3个过程(0～5 ms),增透深孔预裂爆破爆破孔合理间距为3～5 m.     

爆破震动对高速路边坡影响的数值模拟

以京秦高速公路某段路堑边坡爆破开挖为例，采用数值模拟的方法分析了爆破震动波在边坡介质中的应力场、位移场、速度场等的分布规律，多方面研究了爆破震动效应对山区高等级公路岩质边坡稳定性的影响，现场振动测试结果验证了数值模拟计算的可靠性。     

上下交叉隧道爆破振动特性研究

上下交叉隧道爆破开挖过程中,确保已开挖隧道在爆破载荷作用下的安全是施工过程中的关键问题.以八达岭长城站隧道工程为背景,对进站层主通道爆破开挖进行爆破振动监测,得到了开挖断面在接近和远离监测点的过程中,各监测点的振速分布规律;对实测波形进行频谱分析,得到了不同频率范围的能量分布及不同时刻的瞬时能量.运用LS-DYNA程序建立上下交叉隧道有限元模型,提取了各监测单元的速度时程曲线及等效应力时程曲线.结果表明:各单元振速分布规律与实测振速分布规律相吻合;各单元的等效应力值小于岩体的拉伸屈服强度,未对隧道岩体造成破坏.结合数值计算结果,依据等效应力判据确定了保证已开挖隧道安全的质点临界振动速度,为上部隧道开挖对下部隧道的爆破扰动控制提供了理论依据.      

基于积分法的轴对称拉深成形凸缘区应力、应变数值解

在平面应力、平面应变和等效应变与位置半径反比假设条件下,对轴对称拉深成形凸缘区的应力、应变的解析解进行比较.在平面应力假设条件下,给出了基于直接积分法的凸缘区应力、应变计算流程,简化了参数方程的求解过程,得到了考虑厚度变化的应力应变数值解.理论分析和有限元模拟结果表明,3 种假设条件下的径向应力数值解与有限元模拟结果都相差较小,平面应力假设条件下的应力、应变数值解与有限元仿真结果更接近.采用0.87mm 厚的ST16钢板进行了圆筒形件拉深成形实验,测量了凸缘区的应变,分析表明,平面应力假设条件下得到的应变数值解与实验结果更相符, 有限元仿真结果与实验结果接近且趋势-致.     

采用Kagome夹心板的航天器仪器安装板振动控制

为了实现航天器仪器安装板的振动控制,建立了采用Kagome夹心板制作的仪器安装板的有限元模型,并选用一种圆柱形黏弹性阻尼器,通过Biot模型建立了该阻尼器的有限元模型;计算了各阶模态中Kagome平面桁架的模态应变能在结构总模态应变能中所占的比例,将其作为模态可控度,再结合给定载荷情况下的模态位移来确定需要控制的模态,由此提出了一种利用模态应变能比来控制多模态振动的阻尼器布置方案.特征值分析及时域响应数值模拟表明,该阻尼器布置方案只需使用很少数量的阻尼器,便可以显著增加较宽频带内所有模态的阻尼比,而且对于其他模态的振动也有一定的抑制作用.     

相邻隧道围岩爆破振动影响规律研究

爆破施工会引发相邻隧道围岩振动,而振动强弱与隧道净距和联络通道相关,因此有必要对这两方面因素的影响规律开展研究。通过数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA建立有联络通道和无联络通道相邻隧道爆破振动分析模型,分析无联络通道模型中隧道净距对先行隧道x轴爆破振动速度的影响;同时分析有联络通道模型中联络通道对先行隧道x轴爆破振动速度的影响。研究结果表明,迎爆面拱腰处质点为先行隧道最危险质点;后行隧道掌子面爆破的振动影响范围为2.5倍隧道洞径;联络通道对相邻隧道的爆破振动影响范围为5倍隧道洞径;平行于爆破平面的联络通道对相邻隧道围岩的爆破振动影响最大。     

直剪试验中接触面渐进破坏的数值模拟

岩土工程中不同材料间的接触面力学性质是热点研究课题之一.为了研究不同接触面本构模型适用性,对室内接触面直剪试验进行有限元数值模拟,并采用刚塑性模型对接触面破坏过程进行了分析.数值模拟结果表明,计算与试验结果基本一致,不同本构模型计算结果相差不大;直剪试验剪切过程中,接触面上应力应变分布不均匀,导致接触面单元渐近破坏,使得接触面应力-相对位移关系呈非线性;刚塑性模型可以合理描述接触面本构关系,其模型参数较少且容易确定,可用于工程计算.     

隧洞爆破对邻近含裂隙岩质高边坡的振动效应——以金佛山水工隧洞为例

针对水工隧洞爆破对左岸岩质高边坡的不利影响,采用有限元数值模拟手段,研究了隧洞爆破对边坡的振动效应,探讨了边坡振速的分布规律,查明了边坡内部裂隙对振动波传播的影响。结果表明:隧洞爆破开挖对左岸岩质高边坡的振动影响较小,振速峰值未超过规范所规定阀值;对于边坡开挖爆破情况,振动波通过裂隙后振速得到衰减,而在隧洞爆破条件下,振动波通过裂隙后振速得到增强;对裂隙进行充填处理后,虽不能降低边坡坡面的振速峰值的最大值,但能降低局部振速峰值。     

下穿文保建筑隧道爆破的数值模拟与安全分析

从工艺技术和经济技术2个方面考虑,硬岩地区地铁隧道开挖选择爆破开挖最为合理,但隧道爆破产生的地震效应会对地表建筑造成危害,要选择合理的控制爆破震动方法就需要对爆破震动效应进行研究。文章采用显式动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA3D对实际隧道爆破工程中的掏槽爆破进行数值模拟,该数值模拟能进行爆破振动速度的时程分析,评价爆破方案的安全性。     

降雨对岩土边坡稳定影响的实例分析

以建始县红土坪新城区红土中路K1+140-360右侧安置点边坡为例,采用有限元强度折减法及Mohr-Coulomb屈服准则对边坡进行数值模拟,分析不同降雨入渗时间岩土边坡渗流路径、渗流速度和孔隙水压力对岩土边坡稳定性的影响.计算结果表明:随着降雨时间的持续,岩土边坡卵石土层中的渗流路径进一步向水平向倾斜,中风化砂岩层中的入渗深度进一步增大,开始在坡脚处产生水平向的渗流,坡体内地下水的流动速度加快,对渗透通道里面的岩土体(卵石土层、强风化砂岩层)中产生冲刷,造成细颗粒的流失,从而导致整个开挖边坡的稳定性急剧下降.持续降雨作用下,边坡土体含水率急剧增加,进而饱和,导致边坡土体基质吸力下降,开挖边坡的稳定性降低.