基于Goodman单元的顺层边坡爆破动力响应数值模拟

为了研究爆炸荷载作用下顺层边坡岩体的动力响应,采用数值模拟的方法对边坡坡面及岩体内部质点振速、应力场的分布规律进行分析,采用Goodman单元模拟岩体内部软弱结构面.结果表明：边坡台阶处坡形的变化会导致质点振速和应力值波动明显,台阶突出部位"鞭梢效应"显著,但质点振速与应力并非在边坡坡面的同一位置达到峰值,因此将质点峰值振速或应力值作为评价边坡稳定性的单一指标并不合理;岩体内部质点的动力响应规律主要与介质阻尼、结构面以及边坡形状等因素有关,结构面的存在会造成爆炸应力波的反射叠加,质点振速和应力值在结构面之前也有一定程度的放大;边坡自由面对应力波的反射叠加效应不应忽视.     

节理岩体爆破数值模拟研究

为了研究节理对岩体中应力波与爆炸能量传播的影响规律,利用动力有限元分析程序LS-DYNA分别对不同数量、宽度与充填强度的节理岩体爆破进行了数值模拟。模拟研究发现,不同赋存状态的节理均会影响爆炸应力波的传播,随着节理数量与宽度增多,波的反射增强,透射波强度减弱,应力波衰减程度加快,而充填强度越小,对应力波的阻隔作用越明显;爆炸能量在节理数量少、宽度小及充填强度大的岩体中衰减较慢,能量利用率高,爆破效果更好。     

岩体结构面对爆炸冲击工程响应的影响

基于裂隙岩体的结构面是矿山安全生产的重要影响因素,对爆炸冲击应力波的传播规律有重要影响,以铜坑矿岩体力学参数为基础,采用ANSYS/LS-DYNA软件,建立结构面厚度、倾角及结构面充填材料对爆炸冲击工程响应的数值模型,获取结构面对爆炸冲击下的工程响应特性,并基于神经网络构建结构面参数灰关联神经网络预测模型,确定结构面参数在爆破冲击工程响应的重要度。研究结果表明:结构面前、后测点的质点峰值振速的衰减度与结构面厚度呈指数函数,当结构面厚度为0,5,10,15和20 cm时,衰减度分别为0.365,1.508,2.303,2.418和2.443;结构面倾角对爆破冲击工程响应与衰减度呈正相关,当结构面倾角为30°,45°和60°时,衰减度分别为1.580,2.495和2.698;当结构面的充填材料为胶结、碎屑、泥质时,质点峰值振速的衰减度分别为2.303,2.458和2.598,与充填材料的强度呈负相关;3种因素的影响度由大到小依次为结构面厚度、倾角、充填材料强度。     

基于损伤累积的大跨度隧道（硐库）爆破振动传播规律

为研究损伤累积效应对隧道内爆破振动波传播与衰减规律的影响,利用萨道夫斯基公式对某大跨硐库施工过程中测得的爆破振动波结果进行拟合分析.结果表明:在单次爆破作用下,爆破振速与主频均随测点与爆破中心距离的增大而减小;在多次爆破作用影响下,测点爆破振速与主频均随爆破次数增加不断衰减;随着爆破次数的增加,衰减系数(α)缓慢增长,场地系数(K)逐渐衰减.现场爆破振动波的变化规律与室内试验结果相一致,且质点振动主频与峰值振速在变化规律方面存在较高对应关系.在进行振动波传播与衰减规律研究、爆破振动安全标准制定和振动危害效应评价时,应考虑损伤累积效应的影响.     

不同倾角层理岩体爆破应力波传播规律

以层理岩体地层隧道开挖爆破为研究背景,通过理论解析和数值模拟分析层理倾角变化对爆破应力波的传播影响。研究发现:层理对应力波具有一定的吸收和反射作用,加速了爆破应力波在层理岩体中衰减;层理倾角越大应力波的透射率越小,应力波透过层理的衰减度越大;当应力波由硬介质入射到软介质中时透射率小于1,反之透射率则大于1。当层理倾角大于30°时,应力波的反射率随层理倾角的增大而变大;小于30°时,应力波反射率随层理倾角的增大而减小。此外,运用公式求解得到质点振动速度衰减度随层理倾角变化关系。     

四车道扩挖隧道爆破振动对新建隧道的影响

以泉厦高速公路大帽山隧道为工程背景,应用数值模拟方法从振动速度、振动应力和应力波3个方面分析得出沿扩挖隧道轴向动力特性,同时分析自由面对爆破地震波的影响.结果表明:距掌子面15m处振速衰减达50%,且在离掌子面10m处振速已经低于安全临界值;最大主应力峰值在距掌子面15m的范围内衰减最快,在离掌子面15以上时爆破振动影响逐渐趋于稳定;应力波在0.4ms时应力达到最大值13.3GPa,而在0.6ms时最大应力衰减到771.2MPa,只有0.4ms时的5.80%;自由面对爆破地震波的反射作用使能量损失55.6%,但先建隧道自由面使地震波反射叠加,从而使能量增加.     

层理岩体爆破应力波传播规律研究

本文以层理岩体地层隧道开挖爆破为研究背景,通过理论解析和数值模拟分析层理倾角变化对爆破应力波的传播影响。研究发现：层理对应力波具有一定的吸收和反射作用,加速了爆破应力波在层理岩体中衰减;层理倾角越大应力波的透射率越小,应力波透过层理的衰减度越大;当应力波由硬介质入射到软介质中时透射率小于1,反之透射率则大于1。当层理倾角大于30°时,应力波的反射率随层理倾角的增大而变大;小于30°时,应力波反射率随层理倾角的增大而减小。此外,运用公式求解得到质点振动速度衰减度随层理倾角变化关系。     

微地震震源地震波能量的计算方法

由工程爆破中普遍采用的质点峰值振动速度与炸药量和震源距关系的经验公式推导出质点峰值振动速度与震源能量和震源距关系的经验公式,并作为微震地震波能量衰减公式.在公式中引入地震波能量特征系数K1描述震源能量与震源峰值振动速度之间的比例关系,并认为K1主要与震源场地介质特征有关,而与爆破参数无关.通过校验炮数据的回归分析获取监测区域能量特征系数K1.采用能量衰减模型,以微震事件各测点的峰值振动速度、震源距及K1为已知量,以震源能量及衰减系数为回归参数进行回归计算,直接反演出震源能量.本文方法为震源能量计算提供了新的思路和方法.     

微地震震源地震波能量的计算方法

由工程爆破中普遍采用的质点峰值振动速度与炸药量和震源距关系的经验公式推导出质点峰值振动速度与震源能量和震源距关系的经验公式，并作为微震地震波能量衰减公式.在公式中引入地震波能量特征系数 K1描述震源能量与震源峰值振动速度之间的比例关系，并认为 K1主要与震源场地介质特征有关，而与爆破参数无关.通过校验炮数据的回归分析获取监测区域能量特征系数 K1.采用能量衰减模型，以微震事件各测点的峰值振动速度、震源距及 K1为已知量，以震源能量及衰减系数为回归参数进行回归计算，直接反演出震源能量.本文方法为震源能量计算提供了新的思路和方法.     

爆炸应力波在层状岩体中的传播与衰减

针对层状岩体的特征,研究爆炸应力波中的平面波在层状岩体界面上的透、反射关系以及球面波在各岩层中的衰减特性,分析爆炸应力波在层状岩体中的传播和衰减规律.研究表明,爆炸应力波在各层岩体中随传播距离的增加而衰减,衰减速度分别与各层岩体的衰减系数有关;爆炸应力波在经过不同岩层界面时的强度增减与层面两侧岩体的阻抗有关.在相同传播距离内,层数较多、软硬相间的层状岩体对爆炸应力波有更大的衰减.当爆炸应力波经层状岩体传播后作用于地下结构时,层状岩体能更好地保护其下方的结构.     

高瓦斯煤层深孔预裂爆破增透数值模拟试验

为了解决高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放难题,利用数值模拟和现场测试相结合的方法,研究了深孔预裂爆破技术对高瓦斯低透气性煤层的卸压增透效果.研究结果再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,分析了爆破孔间距对爆生裂纹和增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距,表明深孔预裂爆破技术有效地提高了煤层透气性和瓦斯抽采率.该成果为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放提出了解决方案.     

不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动光弹数值分析

采用动态光弹性的方法，对在不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动态响应进行了研究，对爆炸过程、应力波传播规律及其对裂纹的影响进行了分析讨论。给出了应力波通过裂纹尖端时，其应力强度因子连续变化的规律；给出了改变爆炸加载参数及边界反射波对裂纹尖端应力强度因子的影响。     

裂缝充填物对脉动水力压裂应力扰动效果的数值模拟

利用线性滑移模型、有限差分及交错网格技术研究脉动水力压裂过程中应力在含裂缝地层中的传播与分布规律,分析不同缝间距和震源频率下裂缝充填物对脉动水力压裂应力扰动效果的影响机制。结果表明:含矿物质裂缝对脉动水力压裂应力扰动影响微弱,可近似看作均质区域;含液体裂缝可通过反射作用引起强透射区与弱透射区介质速度的差异,引发剪应力形成拉伸破坏,但当距离震源较近时,反射波易抵消压力波,削弱压裂效果;含气体裂缝类似含液体裂缝,但反射作用更强烈,距离震源更远才能提升压裂效果;脉动水力压裂可利用裂缝的非均质性促进压裂效果,缝间距为初始人造裂缝长度的2~3倍时可获得较好的压裂效果。     

爆炸加载下含裂纹试件的动光弹研究

本文对爆炸加载下含裂纹环氧树脂板试件进行了动光弹实验研究,给出了有关的实验照片,并对爆炸过程、应力波传播规律及其对裂纹的影响进行了讨论.     

双联拱隧道爆炸时程分析和动力响应：以甘肃省奤盖隧道为例

考虑现实生活中隧道面临易燃易爆气体的爆炸和偶发车辆碰撞的爆炸,以甘肃省卓尼县柳林镇附近的奤盖隧道为工程背景,运用有限元软件Midas/GTS NX进行隧道爆炸模拟数值分析,分析了在静力荷载和炸药当量条件下,双联拱隧道的受力影响,对隧道围岩及衬砌进行了位移、速度、加速度和应力时程分析和响应研究。结果表明：当发生爆炸作用时,隧道横向和径向受到应力冲击波以及反射冲击波的影响最为显著,当超过一定值的时候,隧道就会发生局部剪切破坏或剥落破坏;由于反射波的存在,围岩和衬砌的速度和加速度均会呈现出多个峰值,且距爆源位置越近,衬砌的结构损伤也越严重;隧道应力集中区域表现出明显的抗拉抗压,迎爆面应力响应最为显著。     

低透气性煤层CO2增透预裂技术应用

 针对低透气性煤层掘进过程中,瓦斯抽放难度高、掘进效率低等难点问题,提出应用CO₂增透预裂技术,提升煤层透气性系数与瓦斯抽放效率,提高工作面掘进效率。应用岩土力学模拟软件,模拟分析了煤层掘进过程中煤体破坏分布与应力分布状态。模拟结果表明:掘进过程中,巷道两帮破碎区域为距巷帮0~3m的范围,巷帮主要应力集中区域为距巷帮3~4m的区域,应力为18.0~18.9MPa。根据数值模拟结果,设计了煤层CO₂增透的预裂孔与抽放孔的详细参数,进行了现场验证。现场试验与效果分析表明:预裂前后钻场瓦斯抽采瓦斯纯流量提高了27%,瓦斯抽放浓度提高了1.7倍,可解吸瓦斯量由7.27降到4.30m³/t,掘进效率明显提高。     

静态破碎剂性能分析及致裂效果实验研究

为解决现有煤矿井工开采过程中预裂爆破安全性低、适用性差以及水压致裂条件苛刻,破岩效果弱的问题,提出静态致裂的方法,通过研究不同影响条件下静态破碎剂的反应状态和致裂效果,对不同拌合水温、水灰比条件下的静态破碎剂反应温度、反应时间、反应体积变化、岩样致裂效果、应力变化进行了研究。结果表明:水灰比一定,静态破碎剂完全反应时间随拌合水温升高而降低,但最终反应完全后温度不变;相同拌合水温条件下,水灰比越小,静态破碎剂反应时间越短,反应速率越快;水灰比越小,混凝土试件开裂时间越短,水灰比越大,开裂时间越长,开裂效果与裂缝位置有关,块体应变呈现先增后减的趋势。     

螺旋切槽孔松动爆破参数

在螺旋切槽孔松动爆破机理研究的基础上，为避免爆炸冲击波对孔壁的破碎，采用不耦合装药方式，同时对其爆破参数加以分析研究，获得理论计算式，并得到爆破裂纹的宽度、裂纹扩展长度、爆破块度等的表达式。分析了爆破效果与螺旋升角、切槽角的关系，在岩石破碎中，为获得合理块度的爆破方案提供依据。     

缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为影响的研究

为了研究炸药至炮孔壁之间的缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统,开展多组爆破光测实验。借助LS-DYNA数值模拟软件,对比分析炮孔内部压力场的分布规律。研究结果表明:切缝药包能够利用切缝管有效控制爆炸应力场的分布,使能量沿切缝方向集中释放,定向爆破效果显著。与空气相比,水提高了切缝药包对炮孔壁的冲击破坏能力,爆生主裂纹的断裂力学参数增大,表现为更长的扩展距离、更高的运动速度和动态应力强度因子。爆炸冲击波能和爆生气体脉动能是水中主要的能量存在形式,模拟结果显示水比空气具有更好的传压能力,缓冲层内形成更高的压力峰值。     

地下采场扇形深孔宽孔距爆破技术试验研究

作者就金山店铁矿用崩落法采场扇形深扎宽孔距爆破提出了试验方案，并用爆炸应力波理论分析了这一方案的爆炸机理。经现场试验证实，爆破效果得到改善。