露天爆破震动诱发地下洞室顶板失稳的非线性机理分析

开挖爆破是诱发工程岩体失稳的重要因素.根据露天与地下联合开采特点,将地下洞室顶板简化为水平简支梁,基于非线性理论分析方法建立了露天爆破震动扰动诱发地下洞室顶板失稳的突变理论模型,导出了其失稳判据条件和临界安全厚度,探讨了爆破震动幅值、主频、围岩特性等主要因素对地下洞室顶板临界安全厚度的影响.以甘肃厂坝铅锌矿群采空区顶板安全厚度分析为例,计算得到了露天与地下采场之间顶板的临界安全厚度.研究结果表明:露天爆破扰动诱发地下洞室顶板失稳过程具有非线性和不连续性特征,顶板临界安全厚度不仅取决于岩体工程特性,而且与爆破震动幅值、主频等多重因素有关,这与实际情况是吻合的.     

爆破引起地面震动及其衰减规律

工业爆破引起的基岩或土体的震动,对爆区周围建筑物的危害影响,是爆破安全的一个重要课题。但是现在还没有完善可靠的计算方法,计算各种爆破震动的大小以及对一般建筑物的安全距离。作者在最近几年中的各种爆破过程,测量了爆源不同距离的基岩和土层质点振速的三个分向量,用最小二乘法整理分析了速度、药量和距离之间的关系,所得实验公式和规律,可供工程爆破设计参考。     

爆破震动对某边坡稳定性影响的数值模拟

爆破震动是影响边坡稳定性的一个重要因素之一。结合实际工程文章利用了拉格朗日有限差分法FLAC程序对爆破震动作用下某边坡进行了数值模拟。讨论了利用FLAC进行边坡动力分析时设置边界条件设置、动力时程的合成、输入以及转化,阻尼的合理选取。从位移场和速度场进行了详细的动力分析。获得该边坡爆破震动特征及位移场、振动速度场的变化规律。研究成果对保证边坡安全具有较好的指导作用。     

爆破地震模拟初探

在某矿实测了单孔台阶爆破和单排孔(每排2～3孔)台阶爆破的震动,并用单孔爆破震动信号作为源函数,编制了模拟爆破震动的计算机程序。用安德逊的灰度图对该矿爆破的合理微差时间作了初步探讨。现场实测的单排2孔和单排3孔爆破震动记录表明本模拟方法是基本可行的。     

爆破地震模拟初探

在某矿实测了单孔台阶爆破和单排孔(每排2～3孔)台阶爆破的震动,并用单孔爆破震动信号作为源函数,编制了模拟爆破震动的计算机程序。用安德逊的灰度图对该矿爆破的合理微差时间作了初步探讨。现场实测的单排2孔和单排3孔爆破震动记录表明本模拟方法是基本可行的。     

新浇筑基础混凝土爆破安全震动速度的确定

针对以往完全依据工程经验来确定新浇筑混凝土爆破安全震动速度这一现状 ,通过爆破地震波(Rayleigh波 )作用下的新浇筑基础混凝土中的震动速度及动拉应变的分布计算并结合不同龄期下新浇筑混凝土的允许极限拉应变分析 ,提出了一种确定新浇筑基础混凝土安全震动速度的理论计算方法。理论分析结果和计算实例表明 ,所提出的理论计算方法是合理可行的 ,新浇筑基础混凝土的极限震动速度随混凝土龄期的缩短及基岩对新浇筑混凝土的基础约束程度的提高而降低。我国现行采用的新浇筑大体积混凝土基础面上的质点安全震动速度具有较大的安全储备。     

基于反应谱值分析的爆破震动破坏评估研究

采用反应谱方法研究了爆破震动信号的振动速度和频率特征,提出了采用反应谱曲线积分值来评估爆破震动破坏效应。通过对289组爆破地震波数据的统计表明,在反应谱曲线的积分值小于5时,爆破地震动不会对所研究的普通民房结构物产生震动破坏效应。     

深孔微差爆破震动预报浅析

以深孔爆破的单孔装药爆破震动测试为基础，得到单孔装药爆破的样本函数，并通过系统随机脉冲下的响应分析建立了模拟深孔微差爆破震动波形合成的模型，通过试验和模拟探索用单孔装药爆破的样本函数来预报深孔微差爆破震动波形及峰值的方法。     

小净距下穿铁路隧道爆破震动的响应研究

新建翠华山隧道与既有线小峪隧道垂直净间距仅为8m,复线隧道钻爆施工将影响既有隧道的结构安全。为保证既有线的安全运营,本文采用 ANSYS/LS-DYNA 软件建立了隧道的有限元模型,数值分析了下穿铁路隧道爆破施工时隧道间水平距离 L 为-6m～19m 时既有线的动力响应。结合既有线振动速度的实测数据,采用质点振速判据评估了下穿隧道爆破施工时既有线结构的安全性,保障了下穿隧道施工时既有隧道的运营安全。数值模拟结果分析表明：未出现新的自由面之前、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距 L 从19m 减小到10m 时,数值模拟所得峰值振速由10.5cm/s 增大到12.0cm/s;出现新的自由面之后、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距 L 从10m 变为5m 时,数值模拟所得峰值振速由12.0cm/s 减小到10.2cm/s,其后迅速衰减。因此,隧道爆破施工中可人为地创造自由面以降低爆破震动效应的危害。同时,既有线隧道迎爆面测点竖向振动速度较大,是爆破震动效应控制的薄弱部位,施工过程中应加强该部位的监控量测。     

爆炸地震动的反应谱拟合

本文提出采用拟动力试验方法解决爆破工程和防护工程中由于炸药爆炸和核爆炸地震动而引起的安全问题和结构抗震问题,并提出采用该方法时应解决的爆炸地震动的设计反应谱和爆炸地震动人工模拟的反应谱拟合技术。     

桥梁结构抗爆安全评估研究进展

随着恐怖袭击和偶发爆炸事故造成的桥梁爆炸事故不断增多,桥梁结构抗爆安全问题越来越受到关注。本文中系统总结了桥梁结构抗爆安全评估的研究进展,分析桥墩、桥面、桥索和桥塔爆炸载荷作用下桥梁的理论简化方法和结构的动力响应,和桥梁的连续性、冗余性和鲁棒性对结构连续性倒塌的影响,通过对建筑和桥梁抗连续倒塌的研究现状及相关规范的归纳,明确了桥梁连续倒塌的特性及现行桥梁设计方法的缺陷。而后,就承载能力评估、耐久性评估和适用性评估等桥梁安全评估问题的研究进展进行了梳理,并对桥梁爆破拆除技术和近地下爆炸对桥梁产生的响应和破坏作用进行分析,并针对当前研究的现状,分别提出建议。     

Numerical simulation of blast wave interaction with structure columns

Accurate estimation of blast loads on structures is essential for reliable predictions of structural response and damage. Current practice in blast effect analysis and design estimates blast loads primarily based on empirical formulae obtained from field blast tests. Due to the limited availability of test data, those empirical formulae are usually applicable to the case that the reflection surface of the structure is big enough so that no wave diffraction around the structure exists. They will overestimate the blast loads on structure columns without infill walls around them, which are very common in the modern buildings, especially for the ground floor columns. For a standalone column, the initial reflected pressure may be quickly relieved at the edge of the column, and the column will be engulfed with the blast wave due to diffraction. Therefore, the interaction between the blast wave and structure is important for such columns. The blast loads on such columns will be different from those obtained in field blasting tests on walls. There is no method in the open literature to estimate blast loads on standalone columns. In the present study, interactions between blast waves and structure columns are simulated using AUTODYN 3D. The influence of the scaled distance of the blast, column stiffness, ratio of the supported mass to the column mass, and column dimension and geometry, on the blast wave–column interaction is investigated. Based on the numerical simulation results, some formulae are proposed to estimate the blast pressure, impulse, and the reflected pressure time history on standalone structure columns.      

化爆冲击波和炮口冲击波对生物致伤效应的对比研究

通过TNT化爆和火炮现场试验,探讨了化爆冲击波和炮口冲击波的异同点,结果发现两者的频谱大致相似。但化爆冲击波只有一次激波,而炮口冲击波有两次激波,有时甚至可见到三次激波。生物效应致伤的靶器官也有所不同,化爆冲击波以肺损伤较为多见,而炮口冲击波似乎以上呼吸道更为敏感,结果提示化爆可以模拟炮口冲击波,但又不完全等同于炮口冲击波,必要的火炮现场试验是必不可少的。     

On the interaction and coalescence of spherical blast waves

The scaling and similarity laws concerning the propagation of isolated spherical blast waves are briefly reviewed. Both point source explosions and high pressure gas explosions are considered. Test data on blast overpressure from the interaction and coalescence of spherical blast waves emanating from explosives in the form of shaped charges of different strength placed in the vicinity of a solid propellant stack are presented. These data are discussed with regard to the scaling laws concerning the decay of blast overpressure. The results point out the possibility of detecting source explosions from far-field pressure measurements.      

冲击伤复合高速破片致伤的损伤特点和冲击伤防护研究

探讨了冲击伤复合高速破片致伤的损伤特点及复合材料对冲击伤的防护效果。结果表明，肢体高速破片致伤对肺冲击伤具有加重作用，加重效应主要发生在原发冲击伤部位，加重效应的机理可能与压力波引起的血流扰动有关。利用复合材料防护可减轻肺冲击伤程度，降低动物的死亡率。     

基于Starfield迭加法的条形药包爆炸应力场分析

在分析条形药包的现有理论研究方法与实验成果的基础上,认为爆轰波沿装药方向传播的时间效应是影响条形药包爆炸应力场特征的主要因素。综合Starfield迭加法与动力有限元法,提出了基于Starfield迭加原理的条形药包爆炸应力场数值分析模型,全面分析了不同起爆方式下条形药包爆炸应力场发展及形成规律,结论对实际工程具有一定指导意义。     

空中强爆炸冲击波地面反射规律数值模拟研究

为准确预测空中强爆炸产生的冲击波载荷分布，基于欧拉坐标系建立了能够模拟具有高密度比、高压力比的强激波问题的二维多介质流体数值方法。结合网格自适应技术，对1 kt TNT当量的空中强爆炸在不同爆炸高度下的冲击波地面反射过程进行了数值模拟，并考虑了真实气体状态方程和空气随高度不均匀分布的影响。计算得到了地面上距爆心投影点大尺度范围内的反射超压和冲量等冲击波载荷分布，并给出了冲击波载荷随爆高的变化规律。     

连续小波变换离散化的爆炸振动特征分析

应用连续小波变换的离散化关系,针对一个改进的L-P（littlewood-paley）小波基函数,给出了一种实现频率完全分割的时频特征分析方法,并对爆炸振动时频特征进行了研究。80 kg TNT地面爆炸时地面垂向振动速度的时间能量密度分布情况表明,在质点振动峰值速度到达时刻爆炸振动的频率范围比较宽,而其他时刻的振动频率相对较为集中,时频能量分布的峰值正好对应于爆炸振动速度的峰值到达时间。基于小波变换的爆炸振动频谱特征与Fourier变换的结果具有良好的一致性。此外,还给出了利用小波变换结果建立爆炸振动随机演变理论模型的基本方法。     

低温和低压环境下炸药爆炸冲击波的传播特性

针对高海拔或高空的低温、低压环境对炸药爆炸冲击波传播的影响，利用量纲分析理论和AUTODYN有限元软件，研究了低温、低压及海拔高度对炸药爆炸冲击波参量（峰值超压、比冲量和波阵面运动轨迹）的影响规律，建立了相应的计算公式，并通过数值模拟和实验数据进行了对比验证。结果表明，该计算公式可以有效预测低温和低压环境下炸药爆炸冲击波参量。环境压力降低，爆炸冲击波峰值超压和爆炸远场（比例距离Z>0.2 m/kg1/3）比冲量减小，冲击波传播速度增大。环境温度降低，冲击波比冲量增大，传播速度降低，峰值超压影响不大。海拔高度在0～9 000 m范围内，每升高1 000 m冲击波峰值超压和爆炸远场比冲量分别平均降低约3.9%和3.2%。海拔升高，爆炸近场冲击波传播速度升高，爆炸远场冲击波传播速度则降低。高海拔环境下低压对冲击波峰值超压和比冲量的影响大于低温，爆炸近场冲击波传播速度取决于低压的影响，爆炸远场冲击波传播速度取决于低温的影响。     

Reconstruction of improvised explosive device blast loading to personnel in the open

Significant advances in reconstructing attacks by improvised explosive devices (IEDs) and other blast events are reported. A high-fidelity three-dimensional computational fluid dynamics tool, called Second-order Hydrodynamic Automatic Mesh Refinement Code, was used for the analysis. Computer-aided design models for subjects or vehicles in the scene accurately represent geometries of objects in the blast field. A wide range of scenario types and blast exposure levels were reconstructed including free field blast, enclosed space of vehicle cabin, IED attack on a vehicle, buried charges, recoilless rifle operation, rocket-propelled grenade attack and missile attack with single subject or multiple subject exposure to pressure levels from \(\sim \)27.6 kPa (\(\sim \)4 psi) to greater than 690 kPa (\(>\)100 psi). To create a full 3D pressure time-resolved reconstruction of a blast event for injury and blast exposure analysis, a combination of intelligence data and Blast Gauge data can be used to reconstruct an actual in-theatre blast event. The methodology to reconstruct an event and the “lessons learned” from multiple reconstructions in open space are presented. The analysis uses records of blast pressure at discrete points, and the output is a spatial and temporal blast load distribution for all personnel involved.