预应力条件下不耦合装药系数对爆轰聚能效果的数值研究

为探究不耦合装药系数在预应力条件下对爆轰聚能药包破岩效果的影响,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,开展了预应力、不耦合装药系数以及起爆方式耦合作用下爆破效果的数值研究,并通炮孔内壁峰值压力的监测分析了药包的破岩能力。计算结果表明:预应力对爆炸产生的破碎区影响较小,而对裂隙区的主裂纹长度有明显的抑制作用。预应力（σx=σz=14 MPa、σy=7 MPa）条件下,随着不耦合装药系数的增加孔壁峰值压力呈现逐渐降低趋势,爆轰聚能药包聚能侧爆压提升能力呈现先降低后升高的趋势,耦合装药时爆轰聚能药包聚能侧爆压提升26.3%,不耦合装药系数K=1.6时聚能侧爆压提升22.1%;爆轰聚能药包与中心点起爆药包相比,孔壁聚能侧峰值压力提升11.9%,损伤面积提升15.1%,有明显的定向作用。研究结果对爆轰聚能爆破技术在深部高地应力的应用具有一定的指导意义。     

炮孔水耦合装药爆破破岩机理研究

根据爆炸相似律和水中冲击波的基本方程探讨了炮孔水耦合装药结构的孔壁压力;建立了爆炸载荷作用下岩石的动态应力场,据此从理论上求出了炮孔水耦合装药爆破时裂隙区半径、粉碎区半径和光面爆破或其它成型控制爆破的最佳装药不耦合系数;最后,通过工程实践进行验证.     

不同装药结构条件下爆炸能量的理论计算

根据波的界面透射和反射理论,分析了爆炸能量的传递规律,探讨了不同装药结构(耦合装药、空气不耦合装药、水不耦合装药)对爆炸能量传递的影响,并建立了上述三种装药条件下传递给岩石的爆炸能量计算公式。通过分析表明炸药与岩石的波阻抗、装药不耦合系数以及不耦合介质的可压缩程度是影响爆炸能量传递的主要因素。     

不耦合装药爆炸波分离及衰减规律的试验研究

通过混凝土中爆炸试验,实测不耦合装药系数K为2.0,2.5,3.0和3.5时,距爆源中心距离R在8～16 cm范围内的爆炸波径向动应变信号和爆后混凝土损伤变量D分布;将爆炸波分离为爆炸冲击波区、应力波区及爆生气体膨胀作用区,并就各分离区的应力峰值σmax、加卸载应变率峰值εmax、质点运动速度峰值umax与K和R之间的关系进行研究.研究结果表明:爆炸冲击波σmax为752～1 720 MPa,umax为95.9～184.0m/s,作用时间约3μS,加卸载应变率ε以(4.85～10.00)x 104/s的峰值呈周期变化,σmax,εmax和umax随K和R的增大而减小;应力波作用形式以压、拉应力为主,加卸载应变率ε和质点运动速度u在2.6～3.8μs内近似呈周期变化,σmax,εmax和umax随K和R变化复杂,且在损伤边界显著增大;爆生气体膨胀作用区以持续的拉或压应力为主,也在损伤边界显著增大,ε和u近似为0,作用时间约17μs,σmax随K的增大基本不变.     

不耦合装药结构对岩石爆破的影响

为了研究不耦合装药结构对爆破效果的影响,在实验室中采用水泥砂浆模型对不耦合装药结构进行了模型实验,并对爆破块度和爆炸应力波进行筛选及统计与测试分析.采用AUTODYNA有限元分析软件对不耦合装药结构爆炸应力波在岩石传播过程中粉碎圈、裂隙形成进行了数值模拟研究.模型实验研究表明,不耦合装药结构可提高炸药能量利用率及改善爆破块度分布;数值模拟结果显示,炸药和炮孔壁之间的间隙可以改变应力波在炮孔壁上的加载率,延长了应力波和气体的作用时间,显著地降低了粉碎圈厚度,提高了炸药能量的利用率和爆破的效果.     

预裂爆破成缝机理及预裂孔间距的设计方法

通过对不同不耦合系数条件下裂缝扩展速度和爆生气体扩散速度进行计算分析,发现裂缝的扩展速度和爆生气体扩散速度随着不耦合系数发生变化,两者量值的对比关系决定了爆生裂缝是由爆炸应力波和爆生气体共同作用的结果,从而揭示了预裂缝的形成机理具有随时间和装药参数动态变化这一特征.基于炸药爆炸应力波和爆生气体作用下炮孔周边应力分布特征,提出了预裂孔间距的设计方法,给出了运用岩体的动态抗压强度和动态抗拉强度计算孔间距的公式.     

极薄煤层长钻孔松动爆破的数值模拟及应用

为了使长钻孔爆破能够松动大面积煤岩体,提高采煤效率,以安泰煤矿极薄硬质煤层为研究对象,利用ANASYS/LS-DYNA程序算法原理对爆炸后应力波的传播过程进行数值模拟,得到既能达到松动效果又不大面积损坏上覆岩的不耦合系数,以及装药孔壁径向初始应力峰值,通过理论计算得出其他爆破参数。实践证明：应用该方法能有效提高采煤效率,现场松动爆破后,月产煤量由原来的900 t提高到1 840 t。     

不耦合装药降低油母页岩尾矿率的爆破技术试验

为研究不耦合装药对油母页岩尾矿率的影响,以抚顺东露天矿为研究对象,通过理论分析,得到合理的不耦合装药方案.利用KUS模型进行模型建立、采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA对理论分析的结论进行模拟,得到炸药爆炸过程中产生的最大拉应力.数值模拟的结果表明:同时采用轴向(上、下部联合使用空气间隔)和径向完全不耦合装药,能够得到较好的爆破效果,并且避免根底的出现.为验证理论分析和数值模拟的合理性,在抚顺东露天矿进行了现场试验,试验结果表明:采用不耦合装药可以达到降低尾矿率的目的.     

不耦合装药时孔壁压力的理论分析和求算

炮孔装药结构分为耦合装药和不耦合装药,后者因不耦合介质不同由可分多种不耦合装药形式,较常用的是空气不耦合装药和水不耦合装药。水不耦合装药,爆轰波冲击压缩水介质激起水中冲击波,由水将爆炸压力传递给岩石,孔壁冲击压力降低;而空气不耦合装药,爆轰产物则膨胀充满炮孔后再作用于孔壁,孔壁压力最小。且随着装药不耦合系数值增大,孔壁压力降低,空气不耦合装药时孔壁压力下降速率更快。     

流固耦合法模拟岩石爆破时耦合范围的确定

为研究岩石爆破问题模拟中的流固耦合算法以及提高计算效率,文章采用LS-DYNA软件开展大量计算,分别讨论了不同装药半径(r)、不耦合系数(K)和网格精度条件下流固耦合区域半径(R)对单元峰值应力衰减曲线的影响,并结合应力云图和应力时程曲线分析,确定出合理的流固耦合范围。结果表明:随着耦合装药半径r的增大,最小合理流固耦合半径R_(min)与r比值呈减小趋势;相同装药半径下随着K增大,R_(min)/r逐渐增大;网格精度对流固耦合半径取值影响较小;相同条件下,当R较小时,应力云图不稳定且应力时程曲线后期会迅速衰减,适当增大流固耦合半径会逐渐消除该现象。对于一般的岩石爆破问题,建议R/r取5～10。     

冷轧组合式支承辊过盈配合面应力和微动滑移的分布及影响因素

采用ABAQUS软件建立冷轧组合式支承辊的三维模型,通过模拟带钢轧制过程获得不同工艺参数条件下支承辊辊套和辊芯之间过盈配合面的应力及微动滑移分布,并分析了辊套厚度、配合面摩擦系数、过盈量、轧制力、弯辊力等参数对过盈配合面应力分布及微动滑移量的影响规律。结果表明:过盈配合面上周向应力最大,径向应力次之,且二者均在轧辊压扁区达到最大;离支承辊长度方向对称面越远,过盈配合面上的微动滑移量越大,且压扁区边部的周向滑移量最大,压扁区中部的轴向滑移量最大;支承辊外径不变时,辊套厚度与过盈配合面等效应力成正比,与微动滑移量成反比;摩擦系数对等效应力影响很小,但与微动滑移量成反比;当过盈量增大时,配合面上的接触应力和应变都增大,微动滑移量先增加后趋于稳定;轧制力增大导致过盈配合面微动滑移量和轧辊压扁区等效应力增大,但弯辊力对等效应力及微动滑移的影响均较小。     

近距离煤层下行跨煤柱开采巷道的合理布局

为了探究遗留区段煤柱对下伏回采巷道布局的影响，以煤峪口矿为工程背景，通过最大主应力集中系数判别底板应力增高区，采用理论解析、编程计算、数值模拟的方法，研究了不同开采阶段底板应力增高区的演化特征.结果表明：区段煤柱宽度、埋深、煤柱边缘至峰值区的距离及其垂直应力峰值控制着应力增高区的发育，采空区应力恢复特征对应力增高区的影响可以忽略；对比各模拟方案中煤柱-巷道错距与应力增高区对下煤层的影响范围峰值，并结合采空区应力逐渐恢复及工作面矿压显现的区域化特征，认为煤柱-巷道错距10～15 m为优选区间.选择12 m错距进行工业试验，取得了良好效果.     

复合地基的褥垫层设计

为了从理论上确定褥垫层的设计参数,桩与褥垫层的关系可以看成倒置的桩对地基土的作用,桩体上刺可能引起褥垫层产生整体剪切破坏、局部剪切破坏或刺入破坏,而能够调节应力比的合理模式是整体剪切破坏,据此提出了褥垫层内摩擦角理论上限值的迭代公式·同时根据Terzaghi滑移线理论,证明了对数螺旋滑移线与基础底板相交时褥垫层的厚度为最小设置厚度,低于最小设置厚度,调节桩土应力比能力减弱·褥垫层的宽度设置应按照应力扩散原则,防止褥垫层失效·     

考虑裂缝影响的页岩三轴压缩实验研究

为了探究页岩的破坏特征以及力学性质与裂缝之间的关系以及影响机理,本文采用RTR-1000岩石三轴力学测试系统对含不同裂缝（控制单一变量,使裂缝的条数、倾角、深度、填充物分别不同）页岩实施三轴实验,研究了不同裂缝形态下页岩的峰值应力、弹性模量以及破坏形式。实验结果表明：随着裂缝深度的增大,试件的弹性模量和峰值应力越小,同时破裂面与轴向应力的夹角变小;随着试件所含的的裂缝角度逐渐增大,页岩样品的弹性模量以及峰值压力的变化均表现凹型,并且随角度增大破裂面形态发生变化,当倾角为45° 时峰值应力和弹性模量降至最低;随着裂缝条数的增加,试件的弹性模量和峰值应力越小,其破坏形式为张拉和剪切破坏共存;随着裂缝充填物中方解石含量的增大,试件的弹性模量和峰值应力先减小再增大,当充填物中方解石含量为50 % 时值最小,并且岩样破坏主要是剪切破坏,随着方解石含量的增加,破裂面越容易经过填充带。     

桩土荷载分担比量化的概率模型

运用随机理论,基于二维模拟实验,对刚性桩复合地基褥垫层材料中应力场的分布规律进行了细观研究。结果表明:桩体刺入时,褥垫层在不断的自组织搭拱中产生了一个应力转移的过程;垫层的刚度、材料各向异性的程度与桩土应力比成正比,来源于搭散粒拱、应力的横向转移,力链伸向桩体。探讨了一个简化的量化荷载分担比的概率模型,为更好地研究刚性桩复合地基的可预测性以及其它多种材料组合系统结构的预报研究提供了参考和借鉴。     

复合地基中褥垫层的极限下限分析

作为复合地基的重要组成部分,褥垫层影响着路堤下复合地基的桩、土承载力的发挥,所以有必要对其承载与变形特性进行研究。根据极限分析下限法,在满足应力边界条件和摩尔一库伦屈服条件下,通过构建应力场、应力叠加计算等步骤,分别推导出褥垫层在厚度无穷大和厚度较小时的极限承载力下限解,以及桩土应力比计算公式。通过对算例进行分析,揭示了褥垫层存在压密和塑性流动两个受力变形阶段;桩土应力比随着内摩擦角的增大而增大,随着褥垫层厚度的增大而减小等规律;以及桩土应力比试验值与理论计算值偏差的原因。     

倾斜煤层采动影响下的挤压变形区移动变形特征分析

以重庆南桐矿区为工程背景,通过三维数值模拟方法,对倾斜煤层在三种不同开采宽度工况下上覆岩层移动挤压变形区特征进行了研究。结果表明:采宽由80 m增加到160 m时,煤层与岩层交接处应力变化较小,挤压变形区地表下沉速度较为缓慢;采宽由160 m增加到240 m时,煤层与岩层交接处应力变化非常显著,挤压变形区地表产生明显下沉;不同的开采工况下,挤压变形区沉陷位移都会出现一个峰值,且位于开采区下山方向,挤压变形区沉陷值受水平应力影响较小,走向和倾向方向的沉陷值以该峰值曲线呈中心对称。     

基于小波分析及振动信号灰度矩的水电机组振动区建立方法研究

通过对仿真振动信号进行连续小波变换,选择合适的小波分解尺度和小波类型,得到能够反映振动特征的小波系数图。由于系数图不能定量地反映机组振动强弱,需要人工介入辨识;于是在信号的特征提取中,引入"灰度矩",并把一阶矩作为定量指标,发现灰度矩数值能定量表征振动信号强弱。基于此理论方法,结合云南某水电厂的实际振动数据,提出一种建立水电机组振动区的新方法;并以上导水平摆度的振动数据为例确定出该机组的振动区;该方法比传统的仅仅通过振动峰峰值确定振动区方法更加准确,没有遗失振动的大量信息;而且以机组自身振动为参考标准,更有说服力。     

砂垫层底面应力分布规律的理论分析

对换填法中关于砂垫层厚度的设计理论作了概括介绍 ,通过对土颗粒模型的分析 ,指出砂垫层底面附加应力为均匀分布和梯形分布两种假定的片面性 ,提出新的观点 :砂垫层底面附加应力的分布形状应根据垫层宽高比确定。当宽高比无限大时近似地认为均匀分布 ;宽高比等于或接近 1时 ,呈梯形分布 ;随着宽高比的逐渐减小 ,分布形状逐步过渡到三角形