爆炸荷载作用下岩石的变形与破坏研究(Ⅱ)

无论是矿山工程、隧道工程中钻孔爆破效率的提高、工程爆破领域爆破振动参数的预测,还是最近一系列高技术常规局部战争中钻地炸弹对地下坚固目标的破坏,在不考虑岩石中强爆炸引起的光子和电磁辐射等极端效应情况下,都亟待要求对岩石中爆炸引起的应力、变形及其它运动参数和破坏效应作出比较准确的评估。目前对此问题的研究尚只能达到大致的机理及景象的定性认识和描述,定量上的确定存在数量级的误差,尤其是爆炸和冲击的近区,误差更大。其原因在于岩石中爆炸产生的变形和破坏特征,不仅与作用时发生相应的物理及力学运动密切相关,而且强烈地受岩石自身构造缺陷水平及其变化的制约。本文概述了爆炸作用下岩石的动力变形与破坏研究之现状。研究中考虑了岩石的构造特点及其对基本力学性状的影响,并简述了其研究的新趋向。     

爆炸荷载作用下岩石的变形与破坏研究(Ⅰ)

无论是矿山工程、隧道工程中钻孔爆破效率的提高、工程爆破领域爆破振动参数的预测,还是最近一系列高技术常规局部战争中钻地炸弹对地下坚固目标的破坏,在不考虑岩石中强爆炸引起的光子和电磁辐射等极端效应情况下,都亟待要求对岩石中爆炸引起的应力、变形及其它运动参数和破坏效应作出比较准确的评估。目前对此问题的研究尚只能达到大致的机理及景象的定性认识和描述,定量上的确定存在数量级的误差,尤其是爆炸和冲击的近区,误差更大。其原因在于岩石中爆炸产生的变形和破坏特征,不仅与作用时发生相应的物理及力学运动密切相关,而且强烈地受岩石自身构造缺陷水平及其变化的制约。本文概述了爆炸作用下岩石的动力变形与破坏研究之现状。研究中考虑了岩石的构造特点及其对基本力学性状的影响,并简述了其研究的新趋向。     

岩体爆破破坏效应颗粒流数值模拟验证研究

采用颗粒流方法对岩体爆炸破岩过程进行数值模拟,将集中药包作用下的爆炸球面波等效为三角形波脉冲,根据颗粒离散元原理建立了点膨胀加载法和动边界处理法,结合动三轴试验标定的细观力学参数,建立了颗粒离散元爆炸应力波传播分析模型。利用数值模拟进行了爆破破岩机理分析,探讨了不同埋深、炸点膨胀比、炮孔压力对爆破效果的影响,给出了数值模拟时合适的炸点膨胀比与峰值压力取值范围,并根据爆破工程实践对爆破漏斗效应、微差爆破效应进行了验证。研究方法简单可靠,可反映岩体爆炸应力波传播规律,动态表征岩体的破坏过程,有助于进一步加深对工程爆破效应的认识。     

聚能药包在岩石控制爆破技术中的应用研究

聚能爆破技术是岩石控制爆破技术中有待开发的领域。根据爆炸力学、岩石断裂力学理论,从当前控制爆破面临的问题入手,对线性聚能药包(Linear shaped charge)在岩石定向断裂爆破中裂纹的产生、扩展以及主要爆破参数进行了分析研究,并利用自制线性聚能药包在巷道掘进中进行了试验。试验结果是聚能药包形成的巷道轮廓外爆震裂隙不明显,巷道断面平整,凹凸量不超过50mm,眼痕率高达96%以上,经济和社会效益明显。这些均表明聚能爆破是一种理想的定向断裂控制爆破技术。     

岩石单轴压缩蠕变损伤本构模型

准确预测岩石蠕变行为对岩石力学与工程的研究具有非常重要的意义。首先对岩石蠕变机理及典型蠕变曲线进行了分析,其次通过在经典岩石蠕变模型如J体模型的基础上引入损伤理论及Kachanov损伤演化定律,进而建立了一个新的岩石蠕变损伤本构模型。第三,对模型参数的确定方法进行了详细的研究。最后,引用其他学者所开展的不同轴压下岩石单轴压缩蠕变试验对该模型的合理性进行了验证。可以发现本文所提出的模型不仅能够很好地预测岩石的稳定蠕变阶段,而且还能预测经典模型所不能反映的岩石加速蠕变变形。结果表明损伤理论能够很好地反映岩石的蠕变破坏机理,为了能够准确模拟岩石蠕变变形全过程,在经典的J体模型中引入损伤因子是很有必要的。     

开采地下水引起地面变形的分析

本文模拟开采地下水引起的地面变形机制，建立了一个分析开采地下水引起的地面变形的有限元方法。这个方法可以考虑由于开采地下水引起的土自重的变化，土承受的渗透力的变化，以及承压含水层中水压力及渗透力的变化。在分析中还考虑了土的非均质性及力学非线性性能。分析了一个算例以说明这个分析方法的功能及其适用性。分析结果表明，开采地下水引起的沉降和径向变形对工程的影响是同样重要的，它们在数值上具有相同的数量级；而且，沉降主要是由土自重的变化引起的，径向变形主要是由渗透力的径向分量的变化引起的。此外，这个分析方法可以把开采地下水做为一个过程，分阶段地分析所引起的地面变形     

某高拱坝坝基辉绿岩脉改造特征及其工程影响

通过对我国西南某高拱坝坝基花岗岩体内穿插的辉绿岩脉的侵位和后期构造—热液作用以及浅表改造作用的研究,并对比各组不同走向辉绿岩脉的变形破坏特征,查明坝基辉绿岩脉在其活动后期热液蚀变的基础上,在同一构造应力作用下,各组辉绿岩脉具有不同的主要变形破坏方式,即脉壁张裂、剪切滑移和挤压破碎等,从而控制坝基岩体内与岩脉有关的各种软弱结构面、工程岩体结构及其力学性质,并简要讨论了各组岩脉对拱坝坝基抗滑稳定性和变形稳定性的影响。     

黑石岭隧道围岩岩爆灾害的研究

地应力环境与围岩力学属性是隧道工程中引发岩爆的两大决定性因素。为了研究黑石岭隧道开挖过程中围岩岩爆灾害的潜在威胁及其表现规律,通过对岩爆里程段的现场采样、运用Kaiser效应法测量原岩应力和室内岩石力学实验,探讨了工程区内白云岩的岩性特征及其破坏规律,并基于强度理论和冲击能指标分析了发生岩爆的可能性及其发生方式。分析得知,该工程区内岩爆的潜在威胁较大,尤其是测点1和测点2处发生强岩爆的可能性最大,须在工程开挖过程中加强防治。     

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。     

岩质边坡开挖卸荷岩体参数特征分析∗

岩质边坡的开挖卸荷过程直接决定工程施工的安全性,边坡变形特征分析及有效数值模拟方法的选取至关重要。基于卸荷岩体力学理论与方法,开展红砂岩试件的室内常规三轴与三轴卸荷试验,分析其变形特征、卸荷量与变形模量之间的关系以及强度参数的变化规律,结合有限单元法构建考虑卸荷作用的算例模型,探究考虑边坡开挖卸荷作用所引起的应力释放后的岩体劣化分区问题,以及边坡动态开挖卸荷下的变形分析。研究结果表明：①当卸荷量达70% 和临近破坏时,其变形模量分别降低了10% 和50% 左右;②岩样卸荷力学状态下粘聚力有所降低,内摩擦角有所增高;③依据边坡初始应力场与开挖后应力场的对比分析从而确定强、弱卸荷影响区,算例模型表明考虑卸荷作用后水平位移净增量计算结果为不考虑卸荷作用计算结果的4 倍左右,且其分步开挖支护效果显著,计算结果更加符合工程实际。研究成果可对边坡岩体开挖卸荷数值计算提供一定的指导意义。     

蓄滞洪区洪水资源利用的风险效益分析

利用蓄滞洪区的现有洼淀拦蓄洪水,实现其洪水资源化是合理开发和有效利用水资源的重要途径。以天津市大黄堡洼蓄滞洪区为例,建立了蓄滞洪区洪灾风险的评价指标体系,提出了相对风险度的概念及其计算方法,并分析计算了大黄堡洼7种洪水资源利用情景下的综合风险度、相对风险度、损失、经济效益和生态效益。结果表明:与综合风险度相比,相对风险度更为直观形象,便于决策者判断,据其能更及时地做出应对策略,了解损失、效益值受蓄水量和淹没范围的共同影响。最后综合分析风险、损失、效益计算结果,优选出合理的洪水资源利用情景,并分析了其合理性。     

考虑岩体各向异性强度的隧洞围岩稳定性分析

岩体中普遍存在着大量的节理裂隙等不连续面,这些不连续面对岩体的强度有着重要的影响。以具有较密集成组节理的岩体为研究对象,以Drucker-Prager准则和裂隙应力张开准则为基础,分别考虑岩块和节理面各自的物理力学性质,研究岩体在各向异性强度准则下的理论方法,并建立了岩体各向异性本构模型,用以描述节理岩体在强度方面的各向异性及其破坏特征。将该模型用于隧洞围岩稳定性分析工程中,研究表明,该模型可以较好地解释节理岩体围岩的破坏特征,与工程实践相符。研究成果对我国地下石油、核废料储存以及深埋地下工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

调整已有地震动拟和规范反应谱人造地震动方法比较

利用已有的地震记录调整得到拟和规范反应谱的人造地震动的方法越来越得到广泛的认可和应用。常用的方法包括比较粗略的比例调整法、比较精确的调整傅里叶幅值谱法、基于小波变换的调整方法和时域内叠加小波函数的方法等。本文详细介绍了各种谱拟和方法的原理以及实现过程中的难点;通过算例分析,对各种方法的优缺点进行了探讨。结果表明:当已有地震动反应谱与规范反应谱相差较大时,可先采用比例调整法粗调,然后再采用其他三种比较精确的方法继续进行调整;后三种方法都能快速地由实际地震动时程纪录得到拟和规范反应谱的人造地震动时程,并一定程度上保留原始时程的非平稳特征;相比之下,时域内叠加小波函数的方法精度最高,调整完后不用进行基线调整,是一种值得推荐的方法。     

西安市白鹿塬滑坡特征及成因分析

白鹿塬位于西安市东南部,白鹿塬滑坡给当地居民的生活造成了很大的困难,也制约着当地经济的可持续发展。白鹿塬滑坡在空间分布上主要集中在以下3个区域:白鹿塬的灞河一侧,河的古刘村一带,鲸鱼沟边。其中,灞河一侧几乎全为滑坡发生区,成群分布。在对西安市白鹿塬滑坡所处地质环境条件调查的基础上,运用地质与遥感方法总结了白鹿塬滑坡特征,认为白鹿塬边较大的地形差异、地层的二元结构、河流的侧蚀作用及人为的削脚是白鹿塬滑坡形成的主要原因。遥感影像图上,滑坡区塬缘处呈现弧形陡坎状,滑坡区坡体较碎,坡体上冲沟发育,有双沟交汇现象;非滑坡区较平整,与塬面浑然一体。表明遥感影像在反映滑坡体方面很有效。     

强震仪观测资料在杨浦大桥养护监测中的运用

上海杨浦大桥是当时世界同类型桥梁中最长的斜拉索桥,为了掌握大桥的运行情况,确保运行安全,每年用在该桥上的养护管理费用相当可观,且程序繁琐。如何找到既简单实用,又节约费用,就能起到一定的养护监测作用的方法?是本文探讨的问题。本文运用强震观测资料,采用自回归移动平均ARMA模型,得到大桥的随机振动中某些振型的频率及阻尼比,在地震、台风过后或经一长段时间车辆运行之后,看其相应振型频率和阻尼比的变化,以达到维护监测的目的。从所得的结果看,此法具有较好的可操作性,可用于大桥主塔等的养护。     

强夯地震效应特征研究

强夯是一种较好的地基处理方法,目前已获得广泛的应用,但强夯引起的地震效应对周边一定范围内的建筑物有一定程度的影响,由强夯施工引发的民事纠纷时有发生,因此,深入研究强夯地震效应的特征,对于合理设计强夯施工方案,避免对周围建筑物造成损坏有积极意义。根据《爆破安全规程》的有关规定,采用振动速度作为研究工作的主要物理量。收集了广东省工程防震研究院近几年来在广东省内承担的 10 项地基强夯处理时的地震效应测试资料,并在施工中有针对性地增加了一些测试内容,通过对这些资料的分析、整理和研究得出了关于强夯地震效应特征的3个结论。     

扩底桩抗拔承载特性数值分析

基于通用软件ABAQU S,建立了扩底抗拔桩三维弹塑性有限元模型,通过对模型的计算与分析,探讨了扩底桩的抗拔承载特性。为验证数值模型的可靠性,将数值计算得到的荷载—位移关系曲线与试桩资料进行比较,两者吻合较好,表明本文所建立的模型可较好地模拟扩底抗拔桩的工作性状。通过计算与分析,探讨了扩底抗拔桩的轴力、侧摩阻力分布特征,桩身和扩大头周围土体变形与塑性应变的发展规律,以及扩大头的挤压作用对扩大头周围土体竖向应力的影响。同时,通过变动参数研究了扩大头的形状、土体的性质对扩底桩抗拔承载力的影响,结果表明,扩大头直径和扩大头周围土体的性质对抗拔承载力的影响较大,而扩底高度的影响相对较小。     

突发事件应急资源的需求结构研究

构建突发事件的应急资源需求结构是应急资源储备和调度的前提条件和重要依据。基于突发事件的应急管理阶段、主要应对环节以及应急资源类型,构建了突发事件应急资源的需求结构,按照逐层递进的方式将突发事件的应急资源需求结构分为4个层次,即大类、类、亚类和细目。第一层次包括3大类,即突发事件应急处置物资、基础保障资源和恢复重建资源;在第一层次的基础上进一步划分应急资源类别,应急资源类别构成了应急资源需求结构的第二层次,其中应急处置资源包含4类,基础保障资源包含6类,恢复重建资源包含3类;对应急资源类别进一步划分为亚类,应急资源亚类构成应急资源需求结构的第三层次;第四层次为应急资源需求细目。     

长江三峡库区滑坡变形统计特征研究

三峡库区受到蓄水影响的滑坡众多,其对库区人民生命财产构成严重威胁。该文通过统计得出,从2003年6月10日蓄水以来,2 619个涉水滑坡中有674个出现变形或失稳。经过分析得出:(1)三峡库区滑坡75.5%的变形发生在分阶段蓄水周期内,54.3%的变形发生在三个初次升降周期内;在分阶段蓄水期内64.1%滑坡变形发生在库水上升及稳定阶段;在正常运营周期内,75.7%滑坡变形发生在库水下降及稳定阶段。(2)滑坡变形与库水位变动过程具有明显的相关性,但在库水循环变动作用下滑坡变形数量及变形程度呈现逐年减少变缓的趋势。(3)滑坡变形动态因素为库水位升降与降雨,内在因素主要受斜坡结构、滑面形态、涉水程度、渗透特性的影响。     

洪水影响因子的消长作用

提出了洪水影响因子消长作用的概念。洪水影响因子之间存在着多种多样的组合关系，因而表现出复杂的消长作用。正是这种消长作用，使因子与洪水之间既具有一定的关系，又没有一一确定的关系，从而使根据单一因子进行洪水预测的准确率始终难以提高。消长作用的认识对影响因子全面综合的诊断分析有所裨益。