切槽爆破中切槽角的研究

切槽爆破技术是作者在岩石断裂力学理论和大理石矿实际开采要求的基础上提出的。这个技术的关键是采用带V型槽口的炮孔。本文从理论上论证了采用V型槽口炮孔的合理性,并着重研究了V型槽口角,给出了最佳V型槽口角的大小。文中附有某大理石矿采用V型槽口炮孔爆破切割大理石的现场照片及试验数据,切割效果是令人满意的。     

切槽孔爆破动态力学特征的动焦散线实验

应用爆炸加载的透射式动焦散线测试系统,分析了有机玻璃切槽孔爆破模型的裂纹动态特征变化规律。比较了不同切槽角度、切槽深度的定向断裂裂纹尖端的扩展长度、扩展速度和动态应力强度因子。初步探讨了切槽爆破的动态效应,研究表明切槽孔爆破早期裂纹破坏模式为爆炸拉应力波作用下的I型快速扩展裂纹,裂纹尖端拉应力集中积聚的较大应变能维持了爆炸裂纹进一步扩展,裂纹尖端扩展后期表现为P波、S波共同作用下的复合型扩展特征。切槽角为60时获得的定向断裂效果最好,合理切槽深度为炮孔半径的1/4～1/2。     

静态爆破中炮孔拐角应力集中及导向效应研究

在圆形钻孔中灌装破碎剂进行裂岩,其产生的裂纹通常具有随机性。为实现软岩工程中的定向裂岩,本文采用正三角孔替代传统的圆形钻孔,基于相似原理,选用河砂、水泥、石膏等相似材料模拟软岩,开展双孔静态膨胀的室内试验。以孔间距和孔偏转角作为自变量,探讨不同工况下裂纹的扩展规律以及致裂效果,并建立模型试块的力学模型,进行裂纹对比及扩展研究。试验结果表明：正三角孔具有良好的定向效果,裂纹从孔尖拐角处萌生,并大致沿孔角平分线方向发育扩展;紧靠裂纹处的应变曲线会历经试验初期、起裂前、裂纹失稳扩展和平稳波动4个阶段。孔偏转角存在会抑制裂纹的发育,数值计算表明,在0°～30°内,偏转角度越大,裂隙数量越少,对裂纹发展的抑制效果越明显。致裂的破坏模式以受拉破坏为主,剪切破坏为辅;在裂纹附近区域,与裂纹平行方向受压,垂直受拉。     

预裂爆破中炮孔压力变化历程的理论分析

分析预裂爆破过程中,对于炮孔堵塞物的轴向一维运动;炮孔空腔的动力膨胀运动;炮孔周边裂纹的动态扩展与爆生气体的渗入;以及炮孔堵塞物可能从孔口冲出后出现的敞孔孔口喷流等诸因素,结合炮孔内爆生气体的状态方程,从理论上来确定预裂爆破过程中炮孔压力随时间的变化历程,并提出理论计算得到的炮孔压力在工程应用中的修正方法。计算与修正全过程编成程序由电算完成。分析与计算表明,从理论上确定炮孔压力变化历程的方法是可行的。     

缺陷介质切槽爆破断裂行为的动焦散线实验

利用数字激光动态焦散线实验系统,对含缺陷介质在切槽爆破和普通炮孔爆破中爆生裂纹的断裂行为进行对比研究。结果表明,切槽爆破中沿切槽方向起裂的主裂纹比非切槽方向早10 μs,有利于能量优先沿切槽方向释放;切槽方向主裂纹的起裂韧度为0.58 MN/m3/2,其裂纹扩展的平均速度为277 m/s,分别是普通爆破时主裂纹相应值的54%和86%;当切槽方向主裂纹与缺陷介质贯通后,为爆生气体提供了足够的膨胀空间,诱导爆生气体向预制裂纹两端释放,翼裂纹起裂以Ⅰ型拉伸破坏为主,并在裂纹扩展的60~250 μs内,Ⅰ型动态应力强度因子保持在0.6~0.8 MN/m3/2,形成了明显的平台,延缓了翼裂纹扩展速度的衰减,最终较普通炮孔翼裂纹扩展时间和扩展长度分别增加了22.7%和17.8%。     

关于定向爆破筑坝中抛掷和滑移效应的分析

本文分析了我国几个主要定向爆破筑坝工程中的抛掷效应和滑移效应,得到在定向爆破筑坝的成坝因素中,两者是同等重要的,单靠一个因素很难成坝。     

定向断裂控制爆破的空孔效应实验分析

采用新型数字激光动态焦散线实验系统, 对爆炸荷载作用下空孔周围的动应力场分布及空孔对爆生主裂纹扩展行为的影响进行了研究。研究结果表明, 在空孔周围强应力场的影响下, 2条相向扩展的爆生主裂纹逐渐向空孔处偏转, 并在空孔处贯通; 空孔附近的主应力方向与炮孔连心线夹角基本稳定在约12°, 增大空孔尺寸对空孔附近的主应力方向影响不明显; 爆炸应力波与空孔相互作用, 产生反射拉伸波, 改变了主裂纹尖端的应力场, 降低了主裂纹的扩展速度, 且空孔直径越大, 主裂纹的扩展速度越低; 当爆生主裂纹扩展到空孔附近时, 主裂纹尖端动态应力强度因子再次出现上升的趋势。     

双空孔间距对爆破槽腔断面大小的影响

为了探究空孔间距对巷道掘进掏槽爆破效果的影响,基于大红山铜矿某巷道建立有限元数值模型,计算双大直径空孔不同布孔间距条件下的掏槽爆破成腔断面积,并对最优方案开展现场验证。研究结果表明：空孔间距d_v=15 cm时,槽腔断面积为0.1641 m²;当d_v增加到d_v=25 cm时,槽腔断面积为0.2116 m²,断面积增大28.94%;当 d_v增加到35 cm时,槽腔断面面积为0.2436 m²,断面积增大15.1%;但当d_v增大到45 cm时,槽腔面积为0.1740 m²,断面积减小17.8%;当d_v增大到55 cm时,槽腔面积为0.0951 m²,断面积减小45.3%。对成腔断面积最大的空孔间距d_v=35 cm的布孔方案进行现场试验,2号现场试验测得槽腔断面宽度、高度及断面积分别比模拟结果小4.0%、3.4%和4.98%,多次试验与模拟结果误差均在5%以内,能够为地下巷道掏槽爆破成腔体积预测的数值方法构建提供数据参考。

     

切缝管轴向不耦合装药爆破实验

采用动态应变测试和高速摄影系统,对切缝管空气间隔装药定向断裂爆破机理进行研究。共采用4种装药结构,研究发现:当轴向不耦合系数为1.5时,炮孔两侧测点的应变比最大为2.1,压力持续作用时间达到9 μs,定向断裂效果显著。通过高速摄影测试发现裂纹的扩展速度并不是一个常量,扩展速度呈现震荡变化,并对其形成机理进行分析。在模型实验的基础上,分别采用不耦合装药系数1.5和1.66,进行地下隧道和露天边坡工程爆破现场实验,取得了良好的效果。     

基于双向聚能拉张爆破理论的巷道顶板定向预裂

为在切顶卸压沿空留巷中获得巷道顶板预裂炮孔的最优间距,基于双向聚能拉张爆破技术,采用以LS-DYNA动力分析软件为基础的数值模拟和现场试验对巷道顶板定向预裂进行研究,优化炮孔间距。数值模拟结果表明,当炮孔间距为400 mm时,应力波叠加后产生有效的拉应力;当炮孔间距为500 mm时,应力波叠加后也能够产生有效的拉应力,该拉应力大于孔壁围岩的抗拉强度,能够使孔壁围岩沿聚能方向形成裂缝,且利于炮孔间裂纹的扩展;随着炮孔间距进一步的增大,当炮孔间距为600 mm爆破时,由于间距过大,应力波无法有效叠加,不能产生连续裂缝。现场试验表明,间距为400和500 mm的炮孔间隔爆破时,未爆破孔自炮孔孔底至孔口产生连续有效裂缝,裂缝长度达2.4 m,相邻炮孔间沿炮孔中心线均能够形成连续有效的切缝面,能够有效控制沿空巷道顶底板位移及沿空巷道顶板压力。综合分析,在3种不同炮孔间距的试验方案中,确定间隔爆破、500 mm的炮孔间距为同一地质条件下3种试验设计中的最优方案。     

炮孔定向断裂爆破作用

采用三维激光全息动光弹超动态综合测试系统进行了定向断裂爆破模型试验研究。分析和讨论了定向断裂爆破动应力场参数和定向断裂爆破作用机理；优选了实用的定向断裂爆破新方法和配套工艺。经岩巷生产实践表明:所选择的切缝药包定向断裂爆破方法是可行的，它为改革现有光面爆破技术提供了良好的应用前景。     

准静态压力作用下岩体爆破成缝方向与机理的研究

本文在讨论了现有的爆破成缝理论以后,首先将岩体在爆生气体作用下的成缝过程分为开裂、扩展和止裂三个阶段,建立了这三个阶段的力学模型。然后,着重分析了爆破成缝方向和机理,提出了相应的断裂判据。最后,结合在大理石试块上进行的爆破成缝试验,通过计算分析,验证了本文提出的成缝机理。     

爆炸波与地下结构物相互作用的动光弹性探讨

本文用动态光弹性探讨了地表爆炸产生的应力波与地下结构物相互作用的机理,根据等差条纹分布分析了P波、S波、von Schmidt波及R波与结构物基础的相互作用过程。研究表明R波是对地下结构物危害最大的波。可以采取防护措施来反射和消耗R波的能量。     

城区爆破作业对环境的影响

本文用一个城区爆破作业的实例说明,只要采取可靠的技术措施,就可将爆破对环境的影响,如振动、噪声、飞石等,控制在允许的范围内,从而可以在人口稠密的城区顺利地进行较大规模的爆破施工,加快工程进度。     

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。     

井孔约束下水平井段钻柱的浑沌运动

考虑了钻柱即时构形中轴向力对钻柱弯曲的影响,计及由于弯曲变形而产生的轴向附加力,得到了水平井段钻柱在周期性波动钻压激励下的非线性参数激励振动系统,导出了根据钻柱的物理和几何性质以及井孔尺寸计算系统参数的公式.先通过Galerkin法对控制方程在空间域内加权消残,然后在时间域内用Melnikov-Holmes方法得到了钻柱可能发生浑沌振动的参数激励的阈值.文中结果可能对钻井轨迹的控制具有一定的指导意义.     

砂土扰动效应的细观探讨

从细观尺度上分析了砂土类介质两种典型理想单元体内部结构变化对其力学响应的影响；结果表明即使颗粒性质相同，其结构形式（packing)不同亦有不同的力学响应。这为砂土扰动效应提供了一种以定量分析为基础的新解释。     

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根据某矿区的地质钻孔资料,划分了不同层面并对地层的交叉与缺失做了处理. 利用不同 层面的高程值建立不同层面的等高线,再由Kriging插值法得到矿区的三维地层模型. 从所 建模型中抽取剖面图并与矿区实际勘探线剖面图进行比较,验证了模型的可靠性. 最后从建 立的多层DEM模型中抽取剖面数据进行有限元数值模拟,并与实际勘探和采掘过程中揭露的 断层位置比较,两者结果非常吻合,为该矿区采掘设计和构造预测提供了一定的参考.     

起爆时差对孔间裂缝贯穿影响的动光弹研究

文章用动光弹试验方法研究了相邻两个炮孔被同时起爆和采用不同的起爆时差起爆时炮孔之间应力波的传播及其应力波对裂纹扩展的影响,并重点研究了炮孔之间裂纹的产生、扩展及贯穿过程和机理。研究结果表明:在先起爆的炮孔爆炸产生的动态应力场存在时起爆另一个炮孔,即起爆时差N基本满足t/c(?)Nt/c(?),是在后起爆的炮孔孔壁上产生主导控制裂纹的最有利条件;在先起爆的炮孔旁钻导向孔,并采用合适的起爆时差可以获得炮孔间的最佳贯穿。     

炮孔之间爆炸应变场的光力学分析

本文分别运用动态云纹-光弹性和电阻应变量测方法研究了相邻两炮孔之间爆炸应变场。多火花式高速像机和超动态量测系统被用于动态记录。根据动态云纹-光弹条纹分析了应力波的叠加作用,定量地计算了爆炸应力波叠加作用期间内不同时刻地孔连心线上_x(沿连心线方向)和_r(垂直于连心线方向)的分布以及_x在连心线中垂线上的分布。用应变片记录了爆炸应力波叠加作用时连心线上应变-时间示波器轨迹。测量和计算所得炮孔间应力波叠加和衰减的规律与理论分析和动光弹模拟分析结果一致。