考虑围压效应的高土石坝动力响应分析

试验结果表明土石材料的动力特性参数有很强的围压依赖性,所以在高土石坝动力计算分析中考虑围压效应是十分必要的.在广泛应用的Hardin-Drnevich本构模型的基础上,提出了改进动剪切模量与动剪应变关系式及阻尼比与动剪应变关系式的方法,得到一个可以考虑围压效应的改进模型,与实际工程试验曲线对比结果表明,新模型可以较好地模拟土石料在各个围压下的动力特性.根据新模型编制相应计算程序并应用于长河坝高土石坝地震动力反应分析中,得到了大坝整体动力反应规律与大坝地震永久变形,为工程设计提供参考.     

不同围压下柱状节理岩体三轴力学试验研究

为了研究白鹤滩水电站坝址区柱状节理岩体的力学性质,采用相似原理制作与柱状节理岩体结构和物理力学性质相近的柱状节理物理模型试样,借助岩石全自动三轴流变伺服系统,开展了不同围压条件下柱状节理模型试样三轴力学试验研究,分析了不同围压对柱状节理岩体的强度、破坏模式和损伤的影响.研究结果表明:柱状节理模型试样的峰值强度与围压呈正相关关系;柱状节理模型试样在较低围压作用下沿节理面的滑移破坏,在较高围压作用下破坏模式为剪切滑移破坏;在三轴压缩过程中,围压对减缓柱状节理岩样的轴向损伤有一定的影响.     

矿区岩体应力状态研究及其应用

为了研究矿区岩体应力状态,利用地质动力区划方法研究了区域地质构造,建立了区域地质模型,计算了构造应力场并划分出高构造应力区和高构造应力梯度区,分析了岩体应力状态与巷道稳定性、开采沉陷、矿山压力显现等的关系。研究结果表明:基于地质动力区划方法进行的区域岩体应力状态评估结果对于巷道支护设计、开采沉陷预计、矿压显现预测等采矿工程的设计和实施工作具有重要的指导意义。     

基于拉-压损伤模型的爆破漏斗动力响应分析

以爆破漏斗试验为对象,建立基于H-J-C(JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE)损伤模型并考虑岩体拉伸损伤的拉-压动力损伤本构模型,运用LS-DYNA软件,在构建动力有限元模型的基础上,研究爆破漏斗的形成过程,分析岩体的动力损伤特征,并与实测数据进行对比。研究结果显示:该模型的计算结果与理论和试验的结果相符,拉-压损伤动力模型可较好地反映岩体的动力损伤特征;通过与实测结果的对比分析揭示爆破漏斗形成机理和岩体的破坏形式;自定义的岩体拉-压损伤模型具有一定的工程应用价值。     

理论模型计算爆炸荷载作用下简支梁动力响应

根据爆炸动力与振动力学理论采用Euler梁模型与改进的Timoshenko梁模型分别分析了简支梁的动力响应.爆炸荷载被简化为三角形荷载.爆压计算公式采用J.Henrych公式.结果表明简支梁的动力反应包含2个阶段,分别为受迫振动阶段(弹性和塑性)和自由振动阶段.建立挠度应力方程用来判断梁的屈服.通过计算分析可知,与Euler梁结果相比,有限元计算结果相对更接近于Timoshenko梁模型计算结果.这是由于修正Timoshenko梁理论中考虑了剪切惯性效应的缘故.考虑实际工程中梁支承端部的约束形式对梁受荷载作用的影响,将端部约束简化为含有弹簧与阻尼共同作用的模型,研究弹性支撑系数、弯矩抵抗系数及阻尼系数参数变化对控制位移的影响.     

考虑应变软化特征的层状岩体三轴压缩数值试验分析

考虑岩体应变软化特征,利用快速拉格朗日差分法建立三维数值计算模型,分析岩样在三轴应力作用下应力变形关系和抗剪强度参数的变化情况.研究结果表明:围压对岩体变形性能的影响较显著,其与岩样到达峰值时的变形量呈线性关系;压缩峰值强度与残余强度的比值随围压的增加逐渐减小,岩体破坏类型逐渐由脆性破坏过渡到延性破坏;岩样软、硬夹层之间存在交互作用,在结构面倾角变化过程中,部分岩样的抗剪强度被弱化,部分增强;数值模拟结果与试验分析结果较符合,能够直观和全面地反映层状岩体的破坏和变形特征.     

混凝土介质中不同药形装药爆炸波传播特性的数值模拟

利用非线性动力分析软件LS-DYNA3D,选用Johnson-Holmguist-Cook模型对集团装药加载下产生的爆炸波在混凝土介质中的传播问题进行了系列数值模拟,揭示了不同的药形在爆炸近区对混凝土的扩孔效应、爆炸载荷传播特性和混凝土损伤演化特性.模拟结果同时显示在爆炸远区,不同药形装药引起的爆炸波与点源爆炸产生的球面波类似.     

爆破漏斗实验及动力作用分析

介绍了爆破漏斗的实验设计和实验方法,并对实验结果进行了分析。通过实验,得到了药包在模型煤层介质中的爆破漏斗参数和产生松动爆破时的临界埋兴。基于爆炸动力学理论,得出了药包爆炸裂隙区半径的计算与药卷临界埋藏深度基本吻合的结论,从而证明了“三区”理论计算式的正确性,为特定条件下爆破工程控制参数的设计提供了理论依据。     

单裂隙异质岩体变形参数及渗透系数分析

为了对不同地层接触区裂隙结构面的渗流特征进行研究,针对单裂隙异质岩体的变形参数及渗透系数,通过理论推导得出计算公式,并用试验对公式的正确性及适用性进行验证.研究结果表明:在相同裂隙水压和围压作用下,单裂隙粗砂岩、单裂隙细砂岩及单裂隙异质岩体的渗透系数各不相同,由此说明裂隙面两侧岩性对裂隙岩体渗透性有显著影响;裂隙岩体渗透系数随围压增大呈减小分布,且数值变化限定在一定围压范围内,当围压达到一定值时渗透系数趋于稳定;将推导所得的单裂隙岩体渗透系数理论计算值与试验结果进行对比分析,发现二者符合较好,从而表明推导所得的单裂隙岩体渗透系数理论计算公式的正确性与适用性.     

层状岩体地下洞室地震响应分析

针对地下工程中层状岩体表现出的横观各向同性特征,为了更好模拟地震作用下层状岩体受力和变形情况,围绕屈服强度的率相关性,提出了考虑应变率对黏聚力影响的动力强度准则.该强度准则综合考虑基岩与结构面的强度特征,结合与强度准则相对应的塑性势函数,推导了塑性应变增量的求解过程,建立了层状岩体动力本构模型.采用提出的模型模拟大型地下洞室群的动力响应特征,并与不考虑应变率对强度影响的模型计算结果相比较.结果表明:当考虑应变率影响时,计算得到的破坏区较小,围岩变形量更小,受力情况也更好.     

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.     

Influence of blasting on the properties of weak intercalation of a layered rock slope

A precondition for correctly analyzing the stability of a slope and designing its bracing structure is to study and determine the influence of excavation blasting on the properties of weak intercalation in the layered rock slope. On the basis of in-situ stratification-cracking blasting tests, the properties of weak intercalation were investigated using the LS-DYNA3D program. The displacement distribution and compactness of weak intercalation at different positions away from the charge center and their various laws are discussed. The critical displacement of stratification-cracking (0.1 mm) was obtained, and an approximate expression of compactness were deduced. Furthermore, through the simulation of a layered rock blasting under the same geological conditions, the stratification-cracking effect of deep-hole blasting on the properties of weak intercalation was compared with that of short-hole blasting, and the influencing differences, in addition to their causes, were analyzed. The results indicated that the blasting cavity of weak intercalation in short-hole blasting with a radius of 40 mm was nearly a circle, whose radius was about 28.7 cm; whereas in deep-hole blasting with a radius of 150 mm, the shape of the blasting cavity was different from that in short-hole blasting, the radius of the cavity behind the charge (89.1 cm) was further smaller than those of the other three (138.7 cm), and there were sharp crinkles on the surface of weak intercalation. When the distance from the charge center (DCC) was less than 40 and 150 cm in short-hole and deep-hole blasting, respectively, the displacement of weak intercalation was reduced remarkably with the increase in DCC.     

不同围压下岩石材料强度尺寸效应的数值模拟

应用岩石破裂过程分析系统,对不同围压下不同尺寸岩石材料进行了数值模拟试验．研究了围压与岩石材料强度尺寸效应之间的关系．结果表明,围压越大,岩石材料强度尺寸效应越不明显,即围压能够降低尺寸对岩石强度的敏感程度．岩石材料的非均质性不是一个静态变量,而是一个动态参数,与岩石材料内部裂纹的损伤演化密切相关．低围压时,岩石试件内材料并未趋于均匀化,非均质性显著,强度尺寸效应明显;而高围压时,岩石试件内材料由低到高逐渐屈服破坏,材料趋于均匀化,均质性较好,因而强度尺寸效应不明显．     

圆形洞室模型在双轴加载下的力学特征分析

为探究圆形洞室围岩在不同围压下加载过程中的力学特征变化,对制作的含圆形洞室的类岩石材料进行双轴加压试验,运用数字图像技术记录全场应变演化过程,并根据室内试验建立颗粒流模型,探究了围压对洞室围岩的抗压强度以及裂纹的发育的影响。结果表明：尺寸效应对模型的力学特征影响较大,圆形洞室模型峰值抗压强度随着洞室尺寸的增加而减小;当围压增大时,压剪作用增强,洞室模型的破坏模式由以张拉应变为主向拉剪复合破坏为主转变;圆形洞室应变集中区域会随着围压的增大由洞口上下侧向两帮转移;当围压逐渐增大,张拉作用被抑制,洞口两侧破坏程度逐渐增加,收缩变形程度逐渐增大;最后通过数值模拟验证了圆形洞室围岩在不同围压下加载过程中的力学变化特征。     

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。     

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.     

围压对珊瑚岩动态力学行为影响

珊瑚岩的深层打桩工程提出了研究珊瑚岩在围压作用下动态力学性能的新科学需求. 通过带围压的霍普金森压杆（SHPB）对珊瑚岩开展冲击试验,得到了不同围压下珊瑚岩的力学响应. 研究表明:无围压情况下,珊瑚岩动态抗压强度与常规岩石一样,具有明显的应变率敏感性;随着围压增加,珊瑚岩动态抗压强度不仅有显著的提高,而且其应变率敏感性更强,并归纳出含围压和应变率效应的破坏强度公式. 本文提出的强度公式对深厚覆盖层珊瑚岩地质桩基工程具有重要的参考价值.      

云雾山隧道围岩力学性质研究

对宜万铁路云雾山隧道灰岩进行室内三轴压缩试验研究,分析与比较了自然状态和饱和状态试样在不同围压下应力-应变关系曲线,结果表明,含水状态和围压对岩石的峰值强度、轴向应变及弹性模量均具有一定影响.在主应力空间内,利用线性莫尔-库伦强度准则拟合试验数据得到岩石的强度参数C,φ值,为该隧道工程的计算分析提供参考.对岩样的破坏特征进行分析后得出:在较低围压下,试样基本上为宏观单一断面的剪切破坏,随着围压的增大,试样有向两个相交的剪切面发展的趋势.     

Non-coupled charge explosion and geo-mechanical dynamics

The non-coupled charge explosion and geo-mechanical dynamics problem in real air condition is studied in this paper. It analyzes and calculates the problem by using the real air state equations. Through researching on the non-coupled charge rock bench blasting with big clearance of air, its result indicates that the borehole wall reflection overpressure is far higher than strength of rock, but much lower than detonation front pressure of the charge. So non-coupled charge explosion blasting engineering is very successful. Furthermore, it introduces the method of shaft forming by blasting once and the new tube room technology. And the non-coupled charge explosion is used successfully in the method of shaft forming by blasting once. As it drills and blasts in the top and removes the broken rock from the bottom tunnel, it increases the construction efficiency significantly. This paper has important reference on the improvement of the large-span underground engineering construction.     

包含岩石临界状态的Mohr-Wedge准则适用性研究

Mohr-Wedge(MW)岩石强度准则是基于岩石楔形破坏力学模型及主应力间的偏微分方程等的理论性公式推导.利用量纲分析整理该准则所含的多个参数,并赋予参数相应的物理意义,可使该准则简单易懂.为分析包含岩石临界状态的MW准则适用性,选取Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则和指数准则为比较对象,以平均绝...