减震沟内填充物对塌落振动影响的试验研究

建(构)筑物爆破拆除振动的研究以塌落振动为主导方向。利用混凝土块的重复倾倒来模拟建(构)筑物爆破拆除的倾倒过程,并采集由此产生的塌落振动信号。探索减震沟内填充物变化对塌落振动衰减的影响。在倒塌方向开挖减震沟,减震沟内填充物依次为空气、黄沙、水,对采集的数据信号进行分析。对测点2采集的试验数据与无沟相比分析可知,空气、水和黄沙最大峰值振速依次下降了54.51%、28.12%和48.43%。综合分析可知,填充物为空气时减震效果最好。通过HHT法分析可知,测点2在填充物分别是空气、水和黄沙时,与无沟相比能量衰减62.5%、20.8%和37.5%,进一步证明填充物为空气时,减震效果最好。     

深孔爆破孔底充填缓冲吸能材料减震试验研究

通过对影响爆破震波各种主要因素的分析,针对深孔爆破采用孔底装填吸能缓冲材料,来削减炸药爆炸在孔底的冲击压力和吸收部分能量,从而达到降低爆破震动对周边建(构)物影响的目的。并进行现场爆破试验,对爆破震动波进行测试,同时对减震爆破装药和非减震的常规爆破装药进行比较,获得的测试数据证明,采用孔底装填吸能缓冲材料其减震率达到3.23%～35.19%。     

某工会大楼爆破拆除地震效应监测分析

就某工会大楼定向爆破拆除的地震监测结果，对地震波形在时域、频域进行分析，分析结果表明爆破网络的分段微差效果较好，爆破产生的震动在安全范围之内，不会对建(构)筑物产生影响及破坏，用于降震措施的减震沟和土垛的减震作用明显。     

某工会大楼爆破拆除地震效应监测分析

就某工会大楼定向爆破拆除的地震监测结果,对地震波形在时域、频域进行分析,分析结果表明爆破网络的分段微差效果较好,爆破产生的震动在安全范围之内,不会对建(构)筑物产生影响及破坏,用于降震措施的减震沟和土垛的减震作用明显。     

城市浅埋矩形隧道减震层厚度对减震效果的影响分析*

为研究减震层厚度对减震效果的影响,以某城市浅埋双连拱矩形隧道工程为例,利用数值模拟软件ABAQUS对比分析50,100,150 mm 3种厚度减震层的减震效果。结果表明:施设50 mm厚减震层时,边墙收敛减小14.90%,最大、最小主应力最大值分别减小13.96%和9.59%,最大剪应力减小3.22%,最小安全系数最小提高23.13%;施设100 mm厚减震层时,边墙收敛减小6.63%,最大、最小主应力分别减小14.70%和11.90%,最大剪应力减小4.56%,最小安全系数最小提高41.39%;施设150 mm厚减震层时,边墙收敛减小4.65%,最大、最小主应力最大值减小幅度较大,其中最小主应力最大值减小了14.03%,最大剪应力减小6.17%,最小安全系数最小提高42.72%;施设100 mm厚减震层优于50 mm和150 mm厚减震层。研究成果可为城市浅埋双连拱矩形隧道的减震设计提供参考。     

高烈度地震区跨断层隧道不同厚度减震层减震效果分析*

为进一步提高高烈度地震区跨断层隧道抗震性能,基于达万高速天坪寨隧道F1断层段,利用有限差分数值软件FLAC3D对跨断层隧道施设不同减震层厚度减震效果进行研究。结果表明:当天坪寨隧道F1断层段施设减震层厚度为150 mm时,减震效果最优,其次为200,100,50 mm;当施设150 mm减震层时,横向与竖向位移分别减小5.88%与8.50%,最大主应力减小36.02%,最小主应力减小12.21%,最大剪应力减小51.61%,最小安全系数提高52.45%～65.32%。研究结果可为高烈度地震区跨断层隧道抗震设计提供参考。     

煤岩体巷道壁面钻孔减震吸能性能研究

为了掌握瓦斯爆炸冲击载荷在煤岩巷道壁面钻孔下的传播衰减规律,揭示煤岩巷道壁面钻孔减震吸能机理,提高巷道系统的安全稳定性能,基于一维平面应力波理论和节理刚度模型分析了煤矿井下巷道围岩钻孔的减震吸能机理,解释了煤岩壁面钻孔的存在对应力波传递的减弱和阻隔作用。为了深入研究巷道壁面钻孔的减震吸能性能,利用ANSYS/LS- DYNA建立方形巷道模型,模型壁面设置有钻孔,针对巷道右壁面和顶板布置相应监测点,对瓦斯爆炸冲击载荷作用下巷道壁面钻孔的减震吸能性能进行了数值模拟。结果表明:由于介质的非连续性和不同介质之间特性存在差异,煤岩体巷道壁面钻孔有效消减了钻孔后煤岩体质点中波的强度及速度,具有一定的减震吸能作用。研究煤岩巷道壁面钻孔在冲击载荷作用下的减震吸能性能,为研究瓦斯爆炸冲击载荷对巷道系统安全性和稳定性提供依据。     

煤岩体巷道壁面钻孔减震吸能性能研究北大核心CSCD

为了掌握瓦斯爆炸冲击载荷在煤岩巷道壁面钻孔下的传播衰减规律,揭示煤岩巷道壁面钻孔减震吸能机理,提高巷道系统的安全稳定性能,基于一维平面应力波理论和节理刚度模型分析了煤矿井下巷道围岩钻孔的减震吸能机理,解释了煤岩壁面钻孔的存在对应力波传递的减弱和阻隔作用。为了深入研究巷道壁面钻孔的减震吸能性能,利用ANSYS/LS-DYNA建立方形巷道模型,模型壁面设置有钻孔,针对巷道右壁面和顶板布置相应监测点,对瓦斯爆炸冲击载荷作用下巷道壁面钻孔的减震吸能性能进行了数值模拟。结果表明:由于介质的非连续性和不同介质之间特性存在差异,煤岩体巷道壁面钻孔有效消减了钻孔后煤岩体质点中波的强度及速度,具有一定的减震吸能作用。研究煤岩巷道壁面钻孔在冲击载荷作用下的减震吸能性能,为研究瓦斯爆炸冲击载荷对巷道系统安全性和稳定性提供依据。     

煤层深孔控制爆破作用机制研究

为有效应用深孔控制爆破技术防治煤与瓦斯突出等事故,首先利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有控制孔和无控制孔2种数值模型,进行煤层爆破数值模拟;其次在实验室建立有控制孔和无控制孔2种物理模型,开展爆破模拟试验;然后通过理论分析爆炸应力波入射控制孔的反射规律,揭示深孔控制爆破控制孔的作用机制。数值模拟、爆破模拟试验和理论分析等研究共同表明:增设的控制孔在煤层深孔控制爆破中将入射的压缩应力波反射为拉伸应力波而产生拉伸作用,有明显的控制导向作用和对其他方向裂隙发育的抑制作用。     

起爆顺序对台阶岩石破碎块度及爆破振动影响研究

为探究起爆顺序对露天台阶岩石破碎效果以及周围环境的影响,利用LS-DYNA仿真软件分别计算不同起爆顺序下的台阶爆破模型。分析不同起爆顺序下模型的物理力学特征;开展现场试验验证模拟结果,并分析起爆顺序对爆破振动强度及岩石破碎块度的影响特征。研究结果表明：起爆顺序对爆破过程中自由面空间分布产生影响,从而改变应力波的叠加效应,不同起爆顺序下台阶破碎效果及爆破振动强度表现出明显差异。逐孔起爆技术能够有效降低爆破振动,从而减轻对周围环境的不良影响,但其岩石破碎效果并不理想,岩石通过率为81.52%。与逐孔起爆相比,波浪式顺序起爆碎石通过率提高11.68%,增大孔网参数至3 m×7 m时单孔崩落矿量提高16.8%,这可以有效减少炸药消耗量,降低综合成本。然而,其产生的爆破振动强度较大,需要注意对周围环境的影响。     

穿层爆破中控制孔对裂隙扩展作用机理试验研究

为研究控制孔在穿层爆破中对裂隙扩展的作用机理,在实验室内进行穿层爆破相似模拟试验。研究表明:煤岩体试块上表面产生了贯穿炮孔和控制孔的裂隙,侧面生成了多条不规则的裂隙,试块内部出现了包括沿控制孔方向发展的多个断裂面;炮孔和控制孔连线上产生了较高拉应力,炮孔和控制孔连线方向上拉应变峰值是炮孔45°方向上的拉应变峰值的1.12倍;爆破产生的压缩应力波P和在控制孔处反射生成的反射横波Sr、反射纵波Pr在控制孔附近的煤岩体上产生应力叠加,造成煤岩体损伤,最终形成贯穿裂隙。穿层爆破中控制孔对爆生裂隙的扩展起到导向作用,但由于穿层爆破中煤岩交界面的存在,使得应力波出现复杂的反射、透射、叠加效应,造成煤层内裂隙无序发育,工程现场应予以重视。     

节理充填岩体爆炸应力波传播规律模型试验与应用研究

为研究节理厚度对爆炸应力波传播影响规律,以工程现场揭露的红黏土为充填介质,制作含节理爆破模型,开展不同厚度节理爆破模型试验,并对现场试验爆破参数进行优化。研究结果表明:节理充填介质延长了爆炸应力波传播时间并吸收了部分应力波,应力波衰减速率为2.225~4.188 MPa/mm,滞后时间0.1~0.15 μs/mm;节理对不同方向的应力波吸收程度不同,横向应力的衰减速率大于纵向应力的衰减速率,二者均随节理厚度的增加呈线性衰减。爆破参数优化应控制炮孔至节理面的距离、减小装药量,周边孔宜采用空气间隔分段装药。     

松软煤层多孔爆破的裂纹分布及区域电阻率响应实验研究*

为获得松软煤层多孔爆破的裂纹分布及区域电阻率响应特征,利用岩体和煤体的三层物理模型,开展松软煤层多孔模型爆破实验,借助图像处理与电阻率层析成像技术,分析松软煤层多孔爆破的裂纹分布特征,得出爆破前后电阻率的响应规律。结果表明:在爆生裂隙形成的同时,控制孔内侧煤体呈现出断裂式和非断裂式2种位移现象,部分抵消了爆破孔扩腔带来的挤压作用;提出采用爆生裂隙、控制孔及爆破孔面积变化三者的综合值（S）分析爆破效果,单孔爆破时,S＜0,煤层裂隙分形维数变化率仅5%,控制区域呈现压实现象,电阻率降低约20%;多孔爆破时,爆生裂隙丰富、煤体发生充分位移,裂隙分形维数变化率达到21.28%,爆破孔空腔的负效应被抵消（S＞0）,控制区域内电阻率普遍增大1~30倍;与单孔爆破模型相比,多孔爆破更符合煤矿现场,且能有效实现控制区域内的增透,电阻率普遍呈现增大现象。     

不同地应力条件下直眼掏槽破岩的理论研究与数值模拟

为了研究不同地应力场对直眼掏槽破岩的影响,提出了基于Schwarz交替迭代法和弹性力学理论建立的掏槽区岩体的应力状态方程,同时对不同地应力条件下单孔直眼掏槽破岩过程进行了数值模拟。结果表明:在炸药爆炸前期和中期,初始地应力场对结果影响较小,主要是槽孔爆炸应力场起主导作用,在爆炸后期,初始地应力场对爆破后裂纹的扩展具有导向作用,裂纹扩展主方向趋向于最大初始地应力方向。进一步分析表明,岩体在初始地应力场与爆炸应力场共同作用后,在空孔和槽孔圆心连线上产生最大拉应力,并且在不同地应力条件下最大拉应力模拟值的发展趋势与理论计算较为一致。     

大空孔复式筒形直眼掏槽力学机制与数值模拟分析

为了解决矿山硬岩巷道爆破开挖存在炸药单耗高、炮眼利用率低和掘进深度短等问题,应用理论分析、数值模拟与现场实践相结合的方法,提出大空孔复式筒形直眼掏槽方式。根据静力学理论,简化掏槽区域岩体只受爆生气体的准静态膨胀作用,并在复式筒形直眼掏槽腔体成形力学机制的基础上,分析大空孔形式下空腔形成的物理力学过程;采用LS-DYNA软件建立数值模型,基于材料参数和状态方程,仿真分析大空孔复式筒形直眼掏槽槽腔有效应力的传播机理;依据巷道尺寸及爆破参数,进行大空孔复式筒形掏槽掘进现场试验。试验结果表明:炮眼利用率提高到89.0%,掘进深度达到2.8 m,炸药单耗降低到3.16 kg/m3,充分证明大空孔复式筒形直眼掏槽方式的可行性。     

水不耦合装药对深孔预裂爆破应力波能量的影响

从理论上探讨了在深孔预裂爆破过程中,水不耦合装药对爆轰冲击波的形成和应力波传播规律的影响,利用Matlab编程求解了冲击波初始参数和沿爆破孔径向方向上传播到爆破孔孔壁处的参数;并根据弹性理论提出并求解了正入射情况下爆破孔孔壁表面上的初始冲击压力。在淮南矿业集团丁集矿进行了水不耦合装药深孔预裂爆破实验,并对实验获得的应力波信号进行归一化频谱分析研究。数值计算和现场实验均表明:通过在煤层中进行深孔预裂爆破实验研究发现,当ξ的值为1.5左右时,爆生应力波在10~50Hz内的分能量最强,同时具有最高的信噪比,这与理论计算结果相吻合。因而,在利用煤层爆破强化增透技术时应将不耦合装药系数设计为1.5左右,同时适当加大爆破药柱的用量,以获得最佳的增透效果。     

轴向单缝偏心药柱爆破效应模型试验研究

为了探究轴向单缝偏心药柱在掏槽爆破中爆炸应力波传播规律和裂纹扩展情况,采用水泥砂浆模型试块开展模型爆破试验,采用超动态应变测试系统对爆炸应力场进行测量。结果表明:在相同爆心距下,背对切缝侧A测点仅为正对切缝侧B测点峰值应力的73.82%;一定角度范围内,峰值应力随偏转角度的增大而减小,偏转角度为0°时峰值应力最大,偏转角度为60°处峰值应力是偏转角度为30°处的74.39%,峰值应力在0°到60°范围内最大衰减达到32.74%;正对切缝方向产生一条贯通炮孔的主裂纹,裂纹发育优于其他方向,且切缝方向没有明显的细小裂纹,这表明轴向单缝偏心药柱具有良好的定向断裂能力。     

爆破冲击波在台阶法隧道内的传播特性研究

为了解决目前隧道施工过程中掌子面开挖爆破产生的冲击波容易造成工程灾害的问题,基于宁攀高速胜利隧道台阶法开挖的实际情况,采用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA及现场测试的方法研究冲击波在隧道上下台阶区段的传播规律。研究结果表明：初始冲击波传播至下台阶断面时先扩散至中上区域,与拱顶及侧壁碰撞反射后再传播至下部区域;冲击波在下台阶段0～10 m范围内,经多次反射叠加形成提升幅度约30%的第2次超压峰值;冲击波由上台阶较小断面进入下台阶较大断面传播时,超压衰减速度相对加快,过渡界面前后10 m范围内衰减系数由1.01%最高提升至1.05%。现场实测数据与数值模拟结果在上下台阶段得到的波形传播规律基本一致,验证数值模拟的可靠性。研究结果可为实际工程中爆破冲击波在变截面隧道中的控制措施提供参考。     

药卷位置对边坡光面爆破效果影响研究

为了进一步探究药卷位置对边坡光面爆破效果的影响,在LS-DYNA构建孔径90 mm、药卷直径32 mm的同心不耦合装药和偏心不耦合装药模型,分析2种装药形式的孔壁压力及损伤展布情况,并基于此提出改进偏心不耦合装药,通过现场光面爆破试验验证改进偏心不耦合装药应用效果。研究结果表明:同心不耦合装药孔壁各测点压力峰值基本相同,炮孔周围相同爆心距处的损伤等级基本一致;偏心不耦合装药孔壁各测点压力峰值从炮孔底部到炮孔顶部逐渐减小,下方耦合侧岩体的损伤等级与损伤范围明显优于上方不耦合侧岩体;原有偏心不耦合装药会导致边坡预留岩体产生过度破坏,采用改进偏心不耦合装药能避免边坡预留岩体的过度破坏,形成平整光滑的爆后轮廓面。