圆弧形聚能装药结构爆破破岩效果数值模拟

为了研究不同圆弧形聚能装药结构下爆破参数最佳的爆破效果,以实现现有煤矿岩巷掘进高效破岩的需求。基于非线性动力模拟软件ANSYS /LS－DYNA 建立了圆弧形聚能装药爆破几何模型,研究了炮孔直径42mm时聚能圆弧半径10mm、圆弧边缘至炮孔中心距离分别为6mm、8mm、10mm、12mm下的聚能爆破破岩效果,通过添加失效关键字得到各个工况的裂纹发展情况,对比分析了不同工况下的聚能过程和距炮孔中心聚能和非聚能方向的有效应力时程曲线;展现了聚能装药情况下的岩体损伤演化历程。研究结果表明：四个工况都出现了不同的聚能效果,对裂纹的发展起到一定的导向作用;随着聚能穴内边缘至管中心距离的增大,有效应力峰值先减小后增大,其中聚能穴内边缘至管中心距离12mm,单位装药量为10.47cm3时有效应力峰值最大;聚能穴内边缘至管中心距离12mm在距炮孔15cm处最先达到完全损伤破坏,说明聚能穴内边缘至管中心距离12mm的装药结构参数聚能效果最佳。     

爆炸荷载下深地下硬岩的动力模型及其数值分析

为了提高深地下硬岩爆炸近区岩体动力行为预测的可靠性和准确性,引入改进的C.C.Grigorian模型,详细推导了本构方程的积分。基于LS-DYNA9703D二次开发平台拟制用户子程序,计算了岩体耦合装药时高围压条件下球状药包中心起爆时爆炸近区的岩体动力响应。研究了不同围压时空腔壁上质点永久位移规律,揭示了围压、岩体抗压强度与空腔半径变化之间的关系,并与类似试验结果及弹性模型、弹塑性模型的计算结果进行了对比分析。结果表明,改进的C.C.Grigorian模型的计算结果与实验符合较好,适用于高围压水平下的爆炸近区计算;爆炸空腔膨胀受围压约束显著,相对空腔半径和围压与岩体强度之比近似成线性关系。     

光面爆破对边坡保留岩体损伤规律分析

边坡开挖爆破必然造成边坡保留岩体的损伤。通过对边坡岩体取样岩芯的数量、位置以及岩芯声波速度的测试分析,认为光面爆破线装药密度对这种损伤作用有较大影响,同时岩体本身的缺陷(层理、片理、断层、节理等)也会增大这种影响作用,在选择边坡位置时应尽量选择岩体强度大,本身缺陷小的岩层。所得结果可为爆破设计和边坡稳定分析和维护提供参考。     

深孔爆破一次成井炮孔合理堵塞长度

 炮孔堵塞长度是深孔爆破一次成井设计的重要参数之一。为合理确定堵塞长度,提高深孔爆破一次成井爆破质量,基于岩石破碎理论,分析了深孔爆破一次成井存在的上端、中间和下端3种情况下堵塞物的作用机理。基于堵塞物的材料特性和弹塑性力学理论,建立了爆炸载荷作用下堵塞物变形量的计算模型。从动能定理着手,分析了堵塞物变形过程和运动过程中的能量传递,同时结合堵塞物的抛出时间与岩石介质破碎时间、爆破漏斗初始形成时间以及相邻分层堵塞范围内岩石破碎时间的关系,建立了深孔爆破一次成井堵塞理论。在三道庄矿区32m充填天井试验中,应用堵塞理论,同时结合施工条件选取实际堵塞长度,形成爆破方案,取得了深孔爆破一次成井试验的成功,从而验证了堵塞理论的正确性,为深孔爆破一次成井技术提供了一定的指导意义。     

基于分形理论的爆破地震信号盒维数研究

基于分形理论,针对爆破地震信号的传播规律和特征,建立了其分形盒维数模型,应用这一模型计算出在岩石场地进行深孔爆破试验时所采集的爆破地震信号的分形盒维数值D。通过分析所得的分形盒维数值D的数理意义及其与场地介质的关系,研究爆破地震信号的分形特征。结果表明,爆破震动信号的分形盒数值D可作为描述爆破地震信号一个新的重要参数,该参量能够反映爆破地震波传递介质岩体性质的系统信息。     

软硬互层状岩体的室内单轴压缩试验及数值模拟

以锦屏软硬互层状岩体为研究对象,基于室内试验分析单轴应力状态下岩样的3种破坏模式并结合数值模拟方法,分别探讨层面倾角、软弱夹层数量、分布及所占体积比等因素对互层状岩体变形特性、强度特征及破坏机制的影响。研究结果表明:锦屏互层状岩体的破坏总体遵循单轴压缩破坏的多裂纹劈裂模式,且在缓层面倾角范围内岩体的破坏以岩质材料自身属性为控制,而在较大倾角水平上则以层理弱面的影响为主导因素;软弱夹层数量对于层状岩体的U形强度规律影响不显著,但随着软弱夹层数量的增加,破坏荷载极小值有向层面倾角较小方向前移的趋势;随着软弱夹层所占体积比的增加,破坏荷载总体呈现下降趋势;当软弱夹层所占体积比接近时,软弱夹层数量的增加对岩样破坏荷载下降的影响与岩层倾角大小具有正相关关系,且当岩层水平时,对强度基本不发生影响。     

垂直深孔掏槽爆破的数学模型

为研究矿井建设中难度最大的立井深孔爆破掏槽新技术,本文运用近代岩石爆破理论和应力波理论,分析了几种因素对爆破区应力场分布的影响,从而提出了一个可计算深孔分段或分阶爆破掏槽的三维应力场与破碎区的数学模型。最后通过一个国外工程实践证明,其计算结果基本符合实际,有较大的理论指导意义与实用价值。     

硐室爆破空腔比的动光弹研究与工程应用

为了分析不同空腔条形药包爆破效果,以动光弹为研究手段,用五种不同空腔比实验模型进行了爆破动应力场及破坏结果研究,并在首钢128t硐室大爆破中进行了工程应用.研究和应用结果表明:最佳空腔比约为4.0;在岩石特别破碎地区为控制飞石,可采用大空腔比进行爆破设计理论.     

弹性半空间球形药包爆破引起的地表振动波形预测

对球形爆源在弹性半空间内爆破引起地表质点的振动波形预测进行研究.利用等效孔穴理论,将球形药包的爆破简化为球腔压力源的作用,推导出球腔压力源p(t)作用下的等效震源强度函数;然后对Hoop点源理论的位移解进行修改,得到在球腔压力源p(t)的作用下地表质点的振动位移和速度函数;最后画出地表质点振动速度函数波形,并对波形进行拟合.根据萨道夫斯基公式和等效爆源强度函数,构造一个与装药量直接相关且更为简洁的质点振动速度函数.结果表明:构造函数与理论解得到的波形非常吻合,且验证了构造函数的适用性,实现爆破振动波形预测.     

不同应力条件下爆破开挖对围岩损伤效应的数值模拟研究

根据芦岭矿的工程地质资料,拟定了硬岩和软岩的典型物理力学参数,并依托芦岭矿现场爆破参数,结合ANSYS/LS-DYNA软件,通过隐式-显式连续求解,完成了不同初始应力条件下硬岩和软岩巷爆破开挖的模拟. 计算结果表明,在5~25 MPa应力水平时,随着地应力的增加,近爆腔处围岩的损伤程度并不发生变化,而远离爆腔处围岩损伤程度明显减小,地应力对爆炸载荷所造成损伤抑制作用明显;相同爆破参数下,软岩爆破较硬岩更易受地应力的作用.     

软弱夹层强度参数的室内模拟

软弱夹层影响边坡稳定和爆破效果。特定软弱夹层的含水率和颗粒组成随着气候变化和时间推移会有所变化。通过对张坝沟石灰石矿山软弱夹层土样的室内模拟剪切试验,探讨泥质软弱夹层的内摩擦角与其颗粒组分和含水率之间的定量关系,建立了该软弱夹层的内摩擦角与其含水率和粗颗粒含量的相关方程。在此基础上进一步分析了不同粉砂粒含量的土在相同含水率时的摩擦角变化规律及其原因。     

开挖对露天矿山软弱夹层边坡稳定性的影响分析-以南芬铁矿为例

以露天矿高边坡为背景,对分步开挖条件下含有软弱夹层边坡的稳定性问题进行了研究,采用三维有限差分程序,对比分析了不含软弱夹层和含有软弱夹层两种不同边坡计算模型受开挖效应的影响情况。水平位移云图和位移矢量图表明,开挖条件下,不含软弱夹层边坡水平方向位移变化不大;含有软弱夹层边坡水平方向位移增大明显,位移变化区域受夹层控制显著。对比剪应变增量云图表明,剪应变较大值最先出现在滑体下部弱层区,随着分步开挖进行,剪应变增量较大区域逐渐向上部弱层扩展,呈现出逐渐贯通趋势,说明含有软弱岩层边坡对工程开挖十分敏感。     

特大断面车站隧道爆破开挖对地表建筑物的影响

对于采用钻爆法施工的城市隧道,不可避免地存在爆破开挖对邻近建筑物的影响问题。因此,研究爆破振动对地下洞室的影响,不仅具有重要的理论意义,同时也具有重要的工程意义。重庆轻轨大坪车站隧道最小埋深仅4m,最大跨度26.3m,地面人口密集,建筑物林立。采用浅眼多循环,分部开挖,增设周边减震眼及严格控制药量等措施,通过数值模拟爆破震动效果,并与实测结果对比来进行研究,有效地控制了爆破地震动强度,爆破对建筑物没有产生损坏,说明采用的隧道施工新方法和爆破药量是可行的,从而为复杂条件下的特大断面城市隧道施工参数和爆破参数的确定提供了重要的依据。     

地震作用下层状岩质边坡动力响应

层状岩质边坡是川藏铁路沿线区域常见的地质体,边坡的地震稳定性对工程建设具有重要的影响.采用有限差分法软件FLAC3D建立顺层边坡及反倾边坡的数值模型,通过对比分析两种典型层状边坡的动力加速度响应,研究地震作用下层状边坡的动力响应特征及变形机理.研究结果表明:软弱夹层对层状边坡的波传播特征具有影响,使地震波在坡内传播过程中出现局部的放大效应;高程及软弱夹层对层状边坡的动力响应具有放大效应,相同高程条件下坡表的放大效应大于坡内;与反倾边坡相比,顺层边坡的放大效应随高程增加表现出强烈的非线性增加趋势;层状边坡的动力放大效应随地震动幅值的增加而增加,水平地震力作用下层状边坡的动力放大效应大于垂直地震力作用下层状边坡的动力放大效应;软弱夹层对层状边坡的动力变形特征具有控制性作用,最上层软弱夹层为潜在滑移面.     

层理性泥页岩井壁失稳机制的FLAC3D 数值分析

 在层理性泥页岩钻井过程中经常出现井壁失稳,影响钻井的顺利进行。考虑层理性泥页岩的岩块和层理特性,采用层理岩石单元和层理面单元的组合模型描述层理性地层的破坏模式。利用有限差分数值模拟软件FLAC3D建立层理性泥页岩井眼的有限差分计算模型,模拟了实际钻井过程。和均质地层对比,分析了层理性泥页岩井眼的塑性区分布、井眼位移和次生应力分布特点。数值模拟再现了层理面的变形破坏现象,描述了层理面的滑移特征。研究结果表明,数值模拟结果和实际钻井现象相吻合,层理面上下两侧位移差最大为0.8mm,层理面滑移位移是错动位移的8.13倍,证明了层理面的滑移是层理性泥页岩井壁失稳的根本原因。分别模拟了地应力、层理面空间分布、井眼轨迹参数和井眼尺寸对倾斜层理直井和水平层理斜井的变形破坏规律。     

基于北斗三号远程监测系统的公路岩质边坡开挖变形分析

为确保G336神木段匝道岩质边坡开挖安全,设计并采用了北斗三号（BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3）远程监测系统对边坡开挖进行实时监测。该监测系统由数据采集与传输子系统、BDS数据解算子系统及数据发布管理子系统构成,能实现实时远程自动化变形监测。边坡开挖模拟发现：边坡岩土体水平与竖向累计位移均小于5 mm,日位移均小于3 mm,为保证施工安全,于是将累计位移预警值和日位移预警值分别设为4 mm与2 mm。位移监测发现：开挖过程中,边坡岩土体的竖向位移大于水平位移,能够率先反映边坡位移状态和变化趋势,因此,开挖过程中应重点关注边坡竖向位移以保证施工安全。采用强度折减法进行边坡稳定性分析时,可利用边坡岩土体位移突变来判断边坡是否稳定,模拟发现坡脚处不存在位移突变特征,因此监测点应尽量选取边坡中上部或者塑性带附近。     

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。     

土体性质对搅拌桩监测的影响分析

以应力波法检测搅拌桩为研究背景,分析土体性质对检测结果的影响,利用数值软件Ansys/Ls-dyna分别计算了不同的夹土性质、不同桩周土性质对检测结果的影响,计算结果表明,当夹土层强度较低时检测波形紊乱,无法识别缺陷和桩底,当桩周土性质改变时,应力波的传播速度也将改变,对检测结果的判断造成影响,为搅拌桩的实际检测提供理论依据。     

五盂高速公路顺层岩质边坡变形破坏模型试验

为揭示开挖和降雨对顺层岩质边坡稳定性的影响,以山西五盂高速公路顺层岩质边坡为对象,通过大型物理模型试验研究了含软弱结构面顺层岩质边坡在开挖及降雨条件下的变形机理.研究结果表明:降雨条件下,含单层软弱结构面边坡主要表现为沿软弱结构面的多级牵引式滑动破坏;含双层软弱结构面顺层岩质边坡滑动破坏受降雨的诱发作用更为明显,其中软弱结构面作用主要表现为两方面,一方面为雨水对结构面本身的软化使其强度降低从而形成滑带,另一方面为软弱结构面的存在减弱了雨水向下层岩体的入渗,导致其上覆岩体迅速饱和,强度急剧降低,上覆破碎岩体沿滑动面发生大规模的整体破坏.可见强降雨是此类边坡破坏的主要诱发因素也是重要的致灾因素.     

基于高速摄影技术爆破鼓包运动规律的研究

为研究球形药包爆破漏斗实验中自由面鼓包运动规律,采用能够较好模拟现场岩土的相似材料制作了一组水泥砂浆模型进行了爆破漏斗实验,利用高速摄影系统记录了模型在球形药包作用下自由面的鼓包运动,得到了鼓包运动轮廓、鼓包表面中心位移和速度分布.结果表明:鼓包表面中心在速度分布上呈现出加速-匀速-二次加速-减速的特征,鼓包上升到约1.5倍抵抗线后,抛体按照弹道运动规律进行抛掷.