传播介质特性对爆破振动衰减规律的影响

以《工程岩体分级标准》为依据,量化作为爆破地震波载体的传播介质的特性,并采用离散单元法分析爆破地震波在传播介质中的衰减过程。数值模拟过程中详细阐述了爆破荷载、介质阻尼及相关参数的确定方法,分析了传播介质特性对爆破振动速度衰减规律及萨道夫斯公式中K、α值的影响。研究表明,在爆破荷载作用下,近距范围内爆破振动速度迅速衰减,中远距范围内爆破振动速度衰减趋缓;传播介质为Ⅰ~Ⅲ级岩体时,随着岩体质量降低,K值有增大趋势,对于Ⅳ~Ⅴ级岩体,K值变化没有明确的规律;α值总体上具有随岩体质量降低而增大的趋势,K、α值具有与爆破振动速度近似相同的增减关系。     

条形药包爆炸破堤的MM-ALE模拟

为了研究爆炸作用下的堤坝破坏形态,基于MM-ALE法(Multi-material ALE method)对某土质堤坝的爆破试验进行了数值模拟,并对堤坝土体中的应力波传播及密度变化规律进行了分析。结果表明:利用MM-ALE模型可以再现堤坝爆炸溃决演化的全过程,且计算结果与现场试验实测数据吻合较好。堤坝坡面及坝顶自由面附近的反射稀疏波和压缩波反复叠加作用是形成爆炸溃口的关键因素;爆炸坑洞演化相对于爆炸应力波传播具有明显的滞后性;爆后堤坝土体被分为爆腔区、压密区和原状土区三个不同的区域,坑口附近压缩带阻止了由水流冲刷引起的连续纵向下切及溃口边坡失稳坍塌引起的间歇横向扩展,局部爆炸压密对保证爆后堤坝整体稳定性具有重要作用。该研究成果可为爆破拆除土坝和堰塞坝等工程应用提供参考。     

爆破地震波模拟研究

从工程实际出发,基于非平稳随机过程模型,首先确定要模拟的爆破震动信号的功率谱并将其作为目标谱,在所需研究的爆破震动频率范围内产生一定数量的随机数来作为模拟爆破震动波的频率,在假设爆破震动信号是由不同频率的谐波函数合成的基础上,利用谐波函数叠加的方法合成需要模拟的爆破震动。根据提出的数学模型,编制了相应的计算程序,实现了爆破地震波的人工模拟。提出了模拟两点(微差)爆炸和多点(微差)爆炸产生的地震动时程的非平稳随机过程实用模型,模拟了两点(微差)爆炸和多点(微差)爆炸产生的爆破地震波时程特性。结果表明,模拟得到的爆破地震波时程能够很好地再现爆破地震波的特性。     

基于离散元法的爆破荷载作用下深埋隧道失稳破坏模拟研究

为了研究爆破扰动对深部隧道工程的影响,借助颗粒流程序PFC,开展爆破荷载作用下深埋隧道失稳破坏的数值模拟,分析了不同埋深隧道围岩的损伤演化过程和相同埋深隧道围岩颗粒位移与应力随时间的变化规律。研究结果表明:在距离隧道一定高度的顶面施加爆破荷载,随着埋深的增加,围岩损伤程度越严重,损伤集中于隧道的两帮,并逐渐由隧道右侧向顶板发展;隧道的失稳破坏是由爆破荷载和地应力共同造成的,爆破荷载主要使隧道围岩产生裂隙,而在高地应力的持续作用下,可能引起岩块的剥离和弹射;隧道两帮的竖向压应力大于岩体抗压强度是隧道围岩破裂的主要机制。研究成果为深埋隧道支护技术和灾害预报研究提供了依据。     

基于细观尺度的岩体开挖渐进破坏模拟研究

岩土渐进式地质灾害是当前岩土工程领域的重要研究课题。基于颗粒离散元法导出颗粒连接损伤模型,建立岩石细观离散模型,进行不同颗粒参数条件下的岩石单轴受压数值模拟。结果表明,岩石细观颗粒间相互黏结力是影响颗粒黏结破坏的主要因素;颗粒间摩擦系数是影响宏观强度的敏感参数,单轴受压试验形成接近45°剪切带,数值模拟与试验结果较好吻合,验证了该模型的合理性。建立岩体开挖细观离散模型,模拟不同地层条件下的开挖过程,对比分析了开挖未支护和支护情况下检测点的沉降差异。研究发现,未支护支撑下,深层开挖时,检测点的位移沉降较浅层开挖时明显;支护可以有效降低围岩变形,防止拉应力产生。本文从细观上揭示岩体开挖条件下渐进式破坏过程形成机制,为更深入研究岩土力学特性和滑动断裂的形成与发展等渐进破坏过程提供了理论和技术支撑。     

准饱和砂土中平面压缩波传播

准饱和砂土与完全饱和砂土不同之处在于前者含有少量封闭气体,在爆炸荷载作用下,准饱和砂土中气体含量的微小变化对波的传播特性将会产生巨大影响。本文基于有效应力分析法,在有效应力弹塑性模型的基础上考虑了少量气体的影响,将该模型编制成模块并与通用岩土分析软件FLAC接口。进而采用多组分介质模型模拟分析了准饱和砂土在爆炸平面压缩荷载作用下的波传播特性,以及气体含量改变对波传播的影响。通过数值模拟得出了一些定性的结论：饱和土体中气态组份含量的变化对土体压缩机制、坡在不动刚性上的反射、超孔隙水压力都产生重要影响;随气体含量的增加,波阵面传播速度、声速会急剧下降,但在相同压力下,质点运动速度反而随气体含量的增加而增加。     

随机粗糙充填节理对S波传播影响的数值研究∗

充填节理对岩体的力学特性有着重要影响,节理面不规则引起的粗糙度使S波在节理岩体中的传播规律变得更加复杂。考虑节理接触面的随机粗糙度与充填材料的塑性变形,通过离散元方法对S波在充填节理岩体中的传播规律进行数值模拟,采用中线截距平均值与起伏均方根量化描述节理的随机粗糙度,分析了不同随机粗糙度下充填厚度与节理剪切强度对透射波形及透射系数的影响。结果表明,与平直节理不同,随机粗糙充填节理对不同入射波波幅下的S波传播规律影响更加明显。同一中线截距平均值下,节理起伏均方根越大,S波透射系数越大;同一节理起伏均方根下,中线截距平均值越小,S波透射系数越大。节理粗糙度对S波衰减规律的影响与充填厚度有着密切的关系。     

钢筋砼支撑梁爆破拆除新技术及应用∗

复杂环境下深基坑钢筋混凝土支撑梁的安全、高效拆除是城市建设过程中极为关键的环节。基于箍筋对支撑梁侧向约束作用机制的理论分析,揭示解除箍筋侧向约束效应前后梁内砼单元应力状态的演变规律及对支撑梁爆破效果的影响,并研发新的支撑梁线性切割预处理方法、布孔方法及其毫秒延时起爆网路,形成较为系统的支撑梁爆破拆除技术。工程应用结果表明,支撑梁线性切割预处理方法可显著增强拆除效果;多向协同布孔法可改善爆炸能量耦合状态,减小爆破飞石危害;基于爆破网路连接单元的毫秒延时起爆网路可有效控制振动强度,提高网路可靠性。     

浅埋小净距隧道掘进爆破引起的地表振动特性模拟分析

基于隧道钻孔爆破时岩体的破坏过程及应力波传播特性,提出了能用于快速计算模拟爆破地震场的等效荷载施加方法。采用等效荷载施加方法对重庆双碑隧道浅埋段掘进爆破时的地表振动进行了数值计算,并将数值计算结果与现场实测振动数据对比分析,验证了该等效荷载施加方法用于模拟计算地表爆破振动特性的可行性。最后,通过计算浅埋小净距隧道两侧隧道掌子面处于不同位置关系时的地表振动情况,得到非主爆隧道开挖后形成的空洞区将对其上部的地表振动强度具有一定的放大作用,且放大倍数与该隧道掌子面同主爆隧道掌子面间的位置相关。     

简讯

第九届全国岩石动力学学术会议通知中国岩石力学与工程学会岩石动力学专业委员会拟定于 2 0 0 5年 8月在三峡大学召开“第九届全国岩石动力学学术会议” ,会议主题 :“西部大开发建设中的岩石动力学问题” ,欢迎全国相关学科的专家、学者、科技工作者与工程技术人员踊跃投稿并参加会议。会议主题·岩石动力学学科发展与展望·岩石动态力学性质与本构关系·岩石和岩体中应力波的传播与衰减规律·岩石动态断裂机理与数值模拟·岩石动力学与防护工程·边坡动态稳定性分析·锚杆、锚索、土钉抗动载效应·岩石爆破与控制爆破技术·岩爆与冲击地压…     

爆破地震波作用下尾矿坝的有限元动力分析

为了了解某钼矿进行爆破采矿是否会对近距离的尾矿坝产生破坏作用,结合实际勘探资料,在二维静力非线性有限元分析的基础上,进行爆破地震波作用下坝体的动力反应分析,综合研究了动位移、动应力和加速度时程等关键物理量变化的规律性,并在此基础上进一步结合试验资料对坝体进行了液化判断及稳定性分析。分析结果表明,该钼矿在规定的爆心距、药量范围内进行爆破采矿时,相邻的尾矿坝是安全稳定的。本文的研究结果对爆破设计、现场采矿及尾矿坝体运行维护均具有一定的指导意义。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

卸荷时间对圆形巷道围岩开裂及径向应力波传播影响的数值模拟

采用提出的连续-非连续方法,研究了卸荷时间(卸荷快慢)对圆形巷道围岩开裂、径向应力波传播及围岩径向应力随时间演变规律的影响。该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂纹模型的思想。首先,研究了卸荷时间对围岩开裂的影响;然后,研究了卸荷时间对径向应力波传播的影响;最后,研究了卸荷时间对围岩径向应力随时间演变规律的影响。结果表明:卸荷越快,围岩中产生的裂纹越多,最大不平衡力越大,波动越剧烈。增加卸荷时间,开挖边界附近的开裂位置由连续分布向间隔分布转变:当卸荷时间较短时,开挖边界附近围岩呈现连续分布的开裂形态,与这些位置的最大主应力均超过抗拉强度引起拉裂有关;当卸荷时间适中时,围岩呈现出与V形坑类似的开裂形态,可能与这些位置存在剪应力有关。卸荷越快,处于扰动区(径向压应力下降区)内的应力环越多,越清晰,围岩径向应力波动越剧烈,所达到的最大径向拉应力越大或最小径向压应力越小。     

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富,但由于海洋环境条件的复杂性,开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约;而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程,利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷载和波流荷载的计算公式,最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合,建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型,针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析,同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析,讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明:风荷载对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大,波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大,而波浪荷载则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。     

结构面长期强度确定方法对比研究∗

结构面长期强度的确定对工程岩体长期安全稳定性评价具有重要意义。在对水泥砂浆结构面试件分别进行了不同法向应力条件的剪切应力分级剪切蠕变试验和循环剪切应力松弛试验的基础上,分别利用过渡蠕变法、应力-应变等时曲线法和应力松弛法对结构面的长期强度进行了求解。结果表明:过渡蠕变法确定的长期强度精度依赖于蠕变试验中加载应力级的划分;等时曲线法将长期强度值视为考虑时效作用的屈服强度值,结果偏保守;应力松弛法考虑了循环加载条件应力松弛的终止条件和长期强度之间的关系求得,结果合理明确。该研究对考虑时效作用的工程岩体安全稳定性支护提供设计依据。     

饱和土介质中爆炸波传播的时间特征试验研究

介质中的波速变化规律在很大程度上反映了介质的物理力学特征。本文对在Φ90 0平面波加载器中进行的饱和土试验所反映的波速变化规律进行了深入的分析。试验表明 ,在比较小的爆炸波荷载作用下饱和土中的压力波速可以从约 5 0m/s上升到 4 75m/s,同时饱和土的体积应力应变关系在比较小的爆炸波荷载作用下便会呈现递增硬化特征 ,并与非饱和土介质存在很大的区别。认识这些现象对饱和土本构关系的研究非常有益 ,对了解饱和土中波的传播规律和确定地下结构上的荷载也有很大的帮助     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。