理论研究与科学实验

  • 大断面隧道新浇二衬混凝土爆破振动控制安全阈值

    熊凌浩;周传波;蒋楠;王腾;蒙贤忠;

    大断面隧道新浇二衬混凝土的强度较低,在爆破施工过程中易受到破坏。为研究新浇二衬混凝土爆破振动控制标准,结合大断面龙南隧道工程,采用现场监测与数值模拟相结合的研究方法,分析不同龄期大断面隧道新浇二衬混凝土在爆破振动作用下的动力响应特征,得出新浇二衬混凝土爆破振动控制安全阈值。研究结果表明:隧道二衬拱顶z方向振动速度和拉应力大于其他部位,峰值振动速度6.66 cm/s和峰值拉应力1.57 MPa出现在拱顶,拱顶是最危险位置;不同龄期下二衬拱顶的爆破振动速度随爆心距的增大呈指数衰减趋势,随着混凝土龄期的增加而衰减,且不同方向衰减趋势有差异;基于数值模拟结果和动态抗拉强度理论,大断面龙南隧道新浇二衬混凝土爆破安全振动速度阈值为2.80 cm/s。

    2023年01期 v.29;No.131 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1538K]
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  • 岩体单孔爆破损伤的三维数值模拟研究

    刘帅;王卫华;张恒根;张理维;

    为了探究单孔爆破情况下岩石损伤情况,基于ANSYS/LS-DYNA软件,采用RHT材料模型,建立了多组三维数值模型,探究了三维空间下岩石单孔爆破在不同装药长度、不同地应力条件下的损伤情况,并结合自定义变量—有效损伤率来表征岩石在单孔爆破条件下损伤的时空演化规律。结果表明:从孔底到自由面,岩石的损伤逐渐增大,距离炮孔越近,岩石的损伤越严重;随着装药长度的增加,围岩对药卷的空间约束作用也在增强,岩石损伤的增长速率会逐渐减小;地应力在岩石的爆破过程中对岩石损伤具有抑制作用,且岩石损伤会向着地应力最大的方向发展。

    2023年01期 v.29;No.131 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 2164K]
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  • 基于改进型SHPB的混凝土动力冲击研究

    黄镇苹;乔兰;周明;李庆文;杨建明;

    混凝土作为一种重要的建筑材料,其抗冲击性能关乎核电站、大坝、机库等重要结构设施的安全稳定。在动力侵彻过程中,混凝土材料内部赋存大量随机分布的微孔隙、裂隙等被激活、扩展,诱使混凝土发生宏观破坏,研究混凝土材料破坏过程中的动态破碎机理及能量消耗可直观反映材料的防护性能。笔者提出了一种基于弹体侵彻理论的改进型分离式霍普金森压杆(SHPB)动载冲击试验方法,在入射杆端部设计安装锥度为120°的圆锥形冲头,对常规混凝土、RGC(橡胶混凝土)和SFRC(钢纤维混凝土)进行动力冲击研究。通过分析改进型SHPB系统上应力波透反射效应,获得含不同掺合料混凝土试块的宏观破坏形态、破碎产物粒径分布规律和能量耗散规律。试验结果表明:RGC试块和常规混凝土破坏模式相似,宏观破裂成几个大块度试块,而SRFC在钢纤维“桥连”作用下,呈“微裂而不散,裂而不断”的破坏模式;在相同子弹冲击速度下,试块块度粒径SRFC最大、RGC次之、常规混凝土最小,表现出抗破碎能力:SRFC>RGC>常规混凝土;随入射能量的增加,材料破碎能耗均呈线性增加,其中SFRC增长分别是RGC、常规混凝土的1.074、1.49倍。

    2023年01期 v.29;No.131 19-29+68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1895K]
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  • 煤矿瓦斯煤尘爆炸的动力学特性研究进展

    司荣军;牛宜辉;王磊;黄子超;贾泉升;

    随着煤炭科技的不断发展,瓦斯煤尘爆炸灾害已成为制约煤炭高效智能化开采的重要因素,严重威胁煤矿的安全生产过程。为了明确瓦斯煤尘爆炸的最新研究进展,为煤矿智能化发展提供有力的安全保障,通过文献研究,从3个方面综合论述了近些年国内外对瓦斯煤尘爆炸的动力学特性研究现状及发展趋势。一是瓦斯煤尘爆炸火焰生成机理研究。二是瓦斯煤尘爆炸火焰演化规律研究。三是瓦斯煤尘爆炸传播关键表征技术。后续研究过程中,应继续深入开展瓦斯爆炸对沉积煤尘诱导机制的研究工作,分析瓦斯爆炸冲击波的扬尘机理以及压力波和火焰作用下的煤尘粒子运动并参与反应的过程,探明不同瓦斯爆炸强度条件下的扬尘区域及煤尘参与爆炸的范围,并建立高精度瓦斯煤尘爆炸反演模型,实现瓦斯煤尘爆炸灾害的有效控制。

    2023年01期 v.29;No.131 30-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1373K]
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  • 初始地应力下不耦合装药对预裂爆破影响的数值研究

    李恒;雷振;李卓;张智宇;

    为了研究初始地应力下不耦合装药对预裂爆破的影响,以国内某水电站左右岸坝肩槽边坡开挖为工程背景,通过对多孔不耦合装药爆破数值模型进行模拟,分析不同初始地应力下不耦合系数对岩体爆破的振动效应、岩体破坏形式、损伤范围和预裂缝形成效果。结果表明:垂直主应力不变时随着水平主应力增加,水平方向峰值质点振速(PPV)受到抑制,竖直方向PPV受到促进作用,不耦合系数K对各方向PPV起抑制作用。初始地应力的大小对岩体压碎区的形成无明显影响,对裂纹扩展长度起抑制作用。不耦合系数K增加使得岩体压碎区半径和裂纹扩展平均长度减小。相关研究成果可为类似工程提供借鉴。

    2023年01期 v.29;No.131 40-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1353K]
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  • 考虑密集系数的台阶松动爆破振动速度预测模型

    李晋;陶铁军;雷振;谢财进;田兴朝;何军;

    为提高台阶松动爆破振动峰值速度的预测精度,减少由爆破振动引起的次生灾害事故,通过分析两种具有代表性的爆破振动峰值速度预测模型存在的不足,利用能量守恒定律分析了密集系数对爆破振动速度衰减的影响,基于量纲理论推导出考虑密集系数的多元非线性爆破振动速度预测模型,并结合具体实际工程,对监测数据进行非线性回归分析。结果表明:考虑密集系数的爆破振动速度预测模型相较于两种经典预测模型其预测精度提高了9.99%和4.16%,具有更高的预测精度,同时可为爆破工程设计提供指导,达到防控振动灾害的目的,为类似工程提供参考与借鉴。

    2023年01期 v.29;No.131 48-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 946K]
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特种爆破

  • 316L/CuCrZr界面开长孔爆炸复合板的实验研究

    孙玉玲;马宏昊;沈兆武;

    为制取适用于超导托卡马克核聚变装置中的具有中空结构的316L/CuCrZr复合材料,在不锈钢基板预制微孔后再进行316L/CuCrZr的爆炸复合,然后对微孔进行扩孔,获得了在316L/CuCrZr界面处具有换热通道的316L/CuCrZr爆炸复合板。通过超声检测、微观结构观察、机械测试和核泄漏实验等手段研究了316L/CuCrZr复合界面的结合状态、显微组织、EDS能谱线扫描分析、换热通道的耐压及密封。结果表明,具有微孔结构的316L/CuCrZr爆炸复合板焊接质量良好,以均匀的波形结合,没有空隙和裂纹等缺陷,换热通道具有较好的密封性、耐高温高压性,能够满足托卡马克核聚变装置使用的要求。

    2023年01期 v.29;No.131 55-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1799K]
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  • 基于SPH算法的CO_2相变破岩数值模拟

    袁海梁;刘孝义;陈少波;卢玉斌;张万虎;马飞飞;鹿存金;董斌;刘金泉;

    为解决液态CO_2相变爆破破岩仿真中面临的网格畸变等问题,基于光滑粒子流体动力学分析方法(SPH)建立了高压射流冲击破岩数值仿真模型。并通过开展不同射流速度下的液态CO_2相变爆破破岩数值仿真研究,探讨了高压射流作用下裂纹扩展的规律和机理。得出对于强度为24 MPa的煤岩,单孔冲击峰值压力在67.2~90.1 MPa,射流冲击速度在250~280 m/s时爆破破裂效果最佳。然后对比了煤岩、大理岩等不同岩体性质下的爆破破坏特征,进一步证实该方法在液态CO_2相变爆破仿真中的有效性,为液态CO_2相变破岩仿真提供了一种新思路。同时仿真结果可以为液态CO_2相变致裂技术在实际工程中的参数选择提供参考。

    2023年01期 v.29;No.131 62-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1627K]
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  • 液态CO_2相变破岩时相邻天然气管道防护研究

    成诗冰;

    在随州城市综合管廊基坑开挖工程中,保护相邻天然气管道不受到破坏十分关键。为此,首先开展乳化炸药和液态CO_2相变破岩的爆破漏斗试验。一方面基于FARO Focus~S 150型三维激光扫描仪和Split-Desktop 4.0软件对开挖后的漏斗形状和块度进行分析,另一方面基于NUBOX-8016型测振仪分析振动频率和峰值质点振动速度(PPV)的衰减规律,通过线性拟合方法获得适用于该工况的萨道夫斯基公式。其次使用拟合得到的萨道夫斯基公式理论计算相邻天然气管道的最小安全距离。最后基于LS-DYNA建立三维数值模型对理论结果进行验证。试验结果表明,单根DM95-2.5液态CO_2致裂管相变破岩产生的爆破漏斗直径和深度分别为1.14 m和0.59 m,爆堆块度主要分布在4~15 cm之间。液态CO_2致裂技术相比乳化炸药具有更强的破岩和改善块度均匀性的能力,此外在减灾方面具有更大的优势。数值模拟结果表明,根据拟合的萨道夫斯基公式确定液态CO_2相变爆破参数是可靠的。研究结果对于同类工程具有重要的参考价值。

    2023年01期 v.29;No.131 69-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1609K]
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岩土爆破

  • 岩爆倾向性估计的能量密度准则

    王树成;

    为了估计高应力地区隧道工程施工的岩爆倾向性,根据高应力地区深埋隧道施工时发生岩爆的实际情况、地应力和岩石力学参数的测试结果,在采用有限差分软件FLAC3D建立隧道开挖模型基础上,进行了隧道开挖过程的数值模拟,比较了实际岩爆发生情况、不同断面位置(拱顶、拱腰、拱脚、墙腰、墙脚、拱底)最大弹性应变能密度α、储存-极限弹性应变能密度比值β的模拟结果,提出了基于最大弹性应变能密度α、储存-极限弹性应变能密度比值β的岩爆倾向性估计方法。结果表明,当最大弹性应变能密度分别为α<34.08 kJ/m~3、[34.08 kJ/m~3,78.50 kJ/m~3)、[78.50 kJ/m~3,114.27 kJ/m~3]、α>114.27 kJ/m~3时,或者储存-极限弹性应变能密度比值分别为β<1.0、[1.0, 2.5)、[2.5, 5.0]、β>5.0时,可能发生的岩爆等级分别为轻微、中等、强烈、剧烈;使用这2个能量密度判据,岩爆预估结果与实际情况基本一致。

    2023年01期 v.29;No.131 78-85+121页 [查看摘要][在线阅读][下载 1538K]
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  • 舟山8400万方矿岩爆破工程设计与施工关键技术

    王林桂;张中雷;孙钰杰;尹作良;葛坤;

    8 400万方矿岩爆破工程是舟山绿色石化基地建设的关键性工程,为解决大体量、高强度的矿岩爆破,通过合理设计爆破参数,综合运用基于航测技术的无人机调度指挥系统、螺旋管药包聚能爆破技术及复合消能爆破减振技术,极大地提高了矿山生产和调度管理水平,有效降低了钻孔和根底处理施工成本,保证了爆区周边设施的安全,取得了显著的经济和社会效益,对类似大规模矿岩爆破施工具有借鉴意义。

    2023年01期 v.29;No.131 86-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1953K]
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  • 轴向不耦合装药结构水介质不耦合系数及位置效应分析

    刘敉共;王浩;林大能;李强;

    为了改善爆破破岩效果,减少爆破的有害效应,并减少岩石大块率的产生,采用ANSYS/LS-DYNA模拟水介质所处的不同位置以及不同不耦合系数对爆破效果的影响,通过优化装药结构以期找到合理的装药结构和较优的不耦合系数。基于显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立三维数值计算模型,以爆炸应力云图、峰值拉应力分布为评判依据,对轴向不耦合装药位置、轴向不耦合系数等因素进行了对比分析。研究表明:轴向不耦合装药位置的不同,对最大拉应力值的影响不同,虽然水介质在中部和在顶部的装药结构在孔口段处的最大拉应力值远大于岩石的抗拉强度,但综合考虑孔底岩石所受的损伤效应,得出水介质在两端的装药结构能量分布较为均匀,孔底岩石受的损伤大大减少,减少对未爆岩体的损伤和扰动;以最大拉应力值作为爆破效果的评判标准,在不耦合系数1.3~1.8之间,峰值拉应力存在极大值,即对应一个最优的不耦合系数,同时较耦合装药结构相比,减少了粉层和有毒有害气体的生成。

    2023年01期 v.29;No.131 93-101+129页 [查看摘要][在线阅读][下载 1825K]
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爆破器材与装备

  • 露天矿电子雷管与普通雷管爆破振动对比试验研究

    孙钰杰;王林桂;张中雷;孙鹏昌;

    为研究电子雷管相比于普通塑料导爆管雷管在爆破振动控制方面的优势,在爆破参数以及岩体条件一致的情况下,开展了电子雷管起爆和普通雷管起爆的对比试验研究,结果表明:相同爆心距条件下,电子雷管的峰值质点振动速度比普通雷管的小,电子雷管的爆破振动主频比普通雷管的高,电子雷管爆破振动能量集中分布,主要分布于40~60 Hz和80~200 Hz频带,普通雷管爆破振动能量分布较电子雷管均匀,主要分布于低频频带。电子雷管不仅振动幅值小,且主频及能量占比高的频带均较普通雷管高,对保护建(构)筑物有利。

    2023年01期 v.29;No.131 102-106+137页 [查看摘要][在线阅读][下载 1748K]
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  • 急流水域水下爆破钻爆船7锚缆定位技术

    姚方明;马本泰;范怀斌;陆少锋;梁进;任春刚;

    为解决急流水域水下钻孔爆破钻爆船的定位难题,针对当前常用的4锚缆、5锚缆、6锚缆定位系统存在的定位不稳固问题,基于澜沧江四级航道整治建设工程,研究了7锚缆定位技术。应用流体动力学原理,根据不同施工状态,对钻爆船整体和各受力部位进行了受力分析和风荷载、水流力计算。结果表明,以最大风速35 m/s和最大水流速度5.2 m/s进行计算,排水量406 t的钻爆船所受合力在260.0~285.0 kN之间。基于计算结果选择了适当规格的钢丝绳作为主缆,确定了主锚的质量范围,保障了定位的牢固性和安全性。为减少锚机数量和占位空间,研制了平行双滚筒锚机,应用情况表明,1台该锚机可代替2台传统锚机,不仅优化了空间布置,而且操作简便、安全、高效,满足了实际要求。研究成果填补了该领域的技术空白,促进了水下爆破技术水平的提升。

    2023年01期 v.29;No.131 107-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 1673K]
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  • 工业电子雷管在露天铅锌矿复杂环境爆破作业实践的安全管理

    康永辉;倪嘉滢;兰小平;

    为了进一步加强爆破作业工业电子雷管起爆系统安全管理,从爆破作业各操作环节、复杂环境爆破振动控制措施及民爆物品公共安全管理几个方面,对工业电子雷管及其起爆系统在爆破作业安全管理中实践进行了详细阐述和分析,并结合现场多次爆破作业应用与实践,提出了工业电子雷管在复杂露天矿安全管理过程中的存在问题和措施建议,以期对工业电子雷管推广和使用方面提供一些借鉴。

    2023年01期 v.29;No.131 115-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 1260K]
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爆破监测与安全

  • 爆破地震波入射角度对振动和放大效应的影响

    张云鹏;葛晓东;武旭;王杰;

    为了研究爆破地震波入射角度对振动和放大效应的影响,采用LS-DYNA数值模拟,从爆破地震波传播的角度分析振动和振动的高程放大效应,并结合现场实测数据,对爆破振动的规律进行分析。结果表明:台阶及其内部各点的振速总体上呈现随高程而减小的趋势;振速的高程放大系数并不是一直线型增加的,而是随着高程的增加先增加后减小;爆破地震波的入射角度不同,在自由面上的反射叠加所产生的振速不同是引起放大效应变化的原因。结合所得数据,建立爆破地震波入射角度的数值计算模型,对此类工程问题的振速计算有一定的参考价值。

    2023年01期 v.29;No.131 122-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 1513K]
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  • 快速水雾化降尘技术在隧道爆破中的应用

    缪玉松;王海亮;王振彪;王晓静;辛林;于福;鲍汝苍;

    爆破作业是地铁隧道施工常用的技术手段,但随着隧道长度、深度的延伸,地铁隧道掘进过程中,常出现爆后粉尘弥漫时间长、降尘效率低等问题,严重威胁施工人员的身体健康,降低施工效率。为更加高效快速地减少钻爆法施工过程中产生的粉尘颗粒,提出了一种快速水雾化除尘技术。依托青岛地铁6号线华山1路西侧斜井工程进行现场试验,利用液态CO_2吸热产生的相位变化提升储罐内压,形成高速、高压的水射流可以远距离喷射至掌子面处,最终通过雾化的水滴将粉尘颗粒包裹成团,通过重力自降达到快速降尘的目的。研究结果表明:在爆后15 min范围内,快速水雾化除尘技术可使爆破后产生的PM10、TSP浓度的最大降幅分别达到24.84%、27.68%。快速水雾化降尘技术可以短时间内达到爆后除尘的目的,有效改善施工环境,加快施工进度。

    2023年01期 v.29;No.131 130-137页 [查看摘要][在线阅读][下载 1664K]
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  • 爆破地震波信号EMD端点效应抑制研究

    孙苗;张雪梅;黄琴;吴立;

    针对爆破地震波信号经验模态分解(EMD)得到的IMF在端点处的发散现象,提出一种同时考虑信号端点发展趋势和全局时间-能量联合参数的改进EMD端点效应抑制算法。该算法首先考虑端点变化趋势得到延拓后的边界局部特征尺度X_0,再计算X_0的能量E_0,找到原始信号中和E_0最匹配的分段信号X_k,最后用X_k代替X_0进行EMD。通过建立仿真信号,验证该算法和常规端点效应抑制算法相比,对EMD端点效应具有更好的抑制能力,能够得到精度更高的IMF。最后将该算法用于实际爆破地震波信号分解中,发现提出的算法能够有效抑制EMD端点效应,有利于爆破地震波信号细节特征参数的提取。

    2023年01期 v.29;No.131 138-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 1308K]
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  • 考虑高程放大效应的爆破振速预测研究

    杨如孜 ;张光权 ;司凯凯 ;王梦佳 ;

    为解决现有爆破振速预测公式不能全面反映高程放大效应影响的问题,通过对爆破振动高程放大效应的理论研究,系统的分析了影响爆破振动高程放大效应的诸多因素,运用IAHP(改进层次分析法)求得方案层各影响因素的组合权重。基于量纲分析,引入高程、坡度计算指标,得到了考虑高程放大效应的修正公式;采用多元线性回归方法,对其及常用的经验公式进行拟合对比分析,结果表明考虑高程放大效应的修正公式预测精度更高,在径向、切向、垂向上预测值与实测值之间的平均相对误差分别为13.790%、15.046%、12.482%,均低于其他经验公式。研究结果对非平坦环境下爆破振速的预测提供了更为可靠的结果,对类似地形起伏较大环境下爆破振动控制有一定的参考价值。

    2023年01期 v.29;No.131 144-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 1204K]
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