理论研究与科学实验

  • 不同子弹构型霍普金森杆入射波数值模拟分析

    解北京;石嘉煜;

    为探索子弹(撞击杆)构型对霍普金森杆入射波形状的影响,基于LS-DYNA有限元软件,分别建立不同构型的子弹模型进行冲击数值模拟。模拟结果表明:子弹长度、形状和材质的改变,会造成入射波的改变,其主要从脉冲形状、持续时间、应力波峰值、应力波上升下降的快慢等方面体现;长度较大的钢、铝子弹能够满足软材料冲击应力平衡的条件;尼龙子弹的整体上升沿和下降沿都较短,波形较窄,能够满足应力-应变相应线性度较高材料冲击的实验条件。模拟结果对霍普金斯杆实验时子弹的选型具有重要的参考意义。

    2023年04期 v.29;No.134 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1770K]
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  • 纳米碳纤维增强混凝土动态劈拉破坏的能耗规律研究

    王志航;白二雷;潘璐;黄河;聂良学;

    采用Φ100 mm SHPB试验装置对纳米碳纤维(CNFs)体积掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的纳米碳纤维增强混凝土(CNFRC)进行了动态劈拉试验,分析了CNFRC动态劈拉破坏的能耗规律,并与碳纤维(CFs)体积掺量为0.3%的碳纤维增强混凝土(CFRC)进行了对比分析。结果表明:在动态劈拉破坏过程中,随着入射能平均变化率的增大,混凝土的应变率不断增大。采用二次多项式能较好地拟合应变率随入射能平均变化率的变化规律。CNFs可“加固”混凝土内部结构,从而使得CNFRC的应变率较普通混凝土小。CNFRC的吸收能具有明显的应变率效应和入射能平均变化率效应。在分析混凝土内部能量耗散时,建议采用入射能平均变化率作为自变量。CNFs可以提高混凝土的吸能特性和强度。入射能平均变化率相同时,随着CNFs掺量的增大,CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均先增大后减小。CNFs掺量为0.3%时,CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均最大。入射能平均变化率相同时,CNFs对混凝土强度的提高效果较CFs差,对混凝土吸能特性的提高效果接近CFs。

    2023年04期 v.29;No.134 10-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1582K]
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  • 偏/同心不耦合非装药段孔壁压力分布规律研究

    张想;李启月;曾海登;赵明生;

    孔壁压力是分析爆炸载荷在隧道掘进过程中对围岩损伤破坏的重要参数,针对隧道周边孔理论装药结构为同心不耦合装药,而实际装药结构为偏心不耦合装药的问题,采用模型试验方法,研究偏心与同心不耦合装药结构爆炸非装药段的孔壁压力。结果表明:偏心装药非装药段测距在0.2 m内的同截面,上孔壁峰值压力大于下孔壁;超过0.2 m时,炮孔同截面孔壁峰值压力近似相等。测距在0.2 m内时,偏心装药非装药段上孔壁峰值压力较同心装药大,偏心装药下孔壁峰值压力较同心装药小;测距大于0.2 m时,同心装药非装药段孔壁峰值压力均大于偏心装药。偏心装药非装药段上孔壁峰值压力随测距衰减最快,下孔壁次之,同心装药孔壁峰值压力衰减最慢。研究结果可为合理设计装药结构提供参考。

    2023年04期 v.29;No.134 18-23+34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1670K]
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  • 循环冲击荷载下红砂岩细观损伤演化及能耗特性研究

    徐景龙;郭连军;王军祥;王雪松;邓丁;

    为研究循环冲击荷载下红砂岩的细观损伤演化规律和能耗特性,利用带有围压装置的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置和核磁共振仪,对红砂岩试件进行不同冲击气压(0.6、0.7、0.8、0.9 MPa)和围压(1、2 MPa)条件下的循环冲击试验,对冲击后岩石孔隙度、T_2谱曲线、核磁共振成像及能耗规律进行分析,同时提出一种新的损伤度计算方法。研究结果表明:总体上看,红砂岩孔隙度随循环冲击次数的增加呈指数增长趋势;前几次冲击孔隙度变化速率较缓,当冲击损伤累积到一定范围,岩石损伤加剧,表现为孔隙度增长幅度迅速增加;随着循环冲击次数的增加,T_2谱曲线起止点向两端移动,新孔隙不断萌生,不同尺度孔隙相互转化,孔隙尺寸和数量明显增长,中型孔隙对孔隙度增长起重要作用;MRI成像显示,随着冲击次数的增加,中心区域明亮斑点由小而分散向大而聚集转变,伴随有明亮条纹出现;提出一种损伤度定义新方法,明确了未损伤和完全损伤2种极端状态;红砂岩累积损伤度与累积比能量吸收值呈指数增长关系,能时密度随冲击次数的增加呈现出先增大,后减小,再增大的趋势,此外,能时密度与损伤度变化值呈正线性关系。研究结果可为岩石破碎及岩体安全支护设计提供参考。

    2023年04期 v.29;No.134 24-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 2567K]
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  • 上土下岩地层中柱面SH波的传播特性分析

    张茂晨;路世伟;周传波;孙金山;

    为了研究爆破地震波在上土下岩地层中传播的曲率对地表振动的影响,选取爆破地震波中的柱面SH波作为研究对象,基于弹性地震波理论与积分变换方法,建立了单层、多层层状地层的刚度矩阵和动力平衡方程。并以武汉宝通寺地铁站爆破开挖为工程背景,分析了地表速度与土岩地层界面速度的比值(|v_0/v_1|)与土层厚度和震源深度等参数的关系。结果表明:上土下岩地层中,当入射波频率大于30 Hz时,土层对距震距200 m处的地表振动速度具有明显的放大作用,土层越厚,土层的放大效应越小;而随着震中距的增加,土层呈现出过滤高频波的作用;随着震源深度增加,土层的放大效应逐渐减小;当震源深度在10~15 m时,可把柱面SH波简化为平面波作用。

    2023年04期 v.29;No.134 35-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 2007K]
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  • 孔底空气间隔装药增强破碎作用研究

    钟立辉;蒋志明;于永纯;张庆彬;周阳威;刘广林;

    为研究孔底空气间隔装药增强破碎作用,基于激波管原理以及应力波在不同介质的反射与透射理论,对孔底空气间隔装药结构对应5个反射与透射面上应力波的传播作用过程进行了详细分析。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对连续装药结构以及不同空气层比例的孔底空气间隔装药结构进行数值模拟分析,数值模拟结果与理论分析相符。以孔底岩石能够出现明显的多个加载卸载过程以及岩体损伤范围能够覆盖整个空气间隔段作为判断依据,孔底空气间隔装药结构的最佳空气层比例为20%~30%。对不同空气层比例的现场钢管模拟试验结果表明:空气层比例为20%~30%的孔底空气间隔装药结构爆破效果最佳,出现明显钢管鼓包现象、爆后钢管残留率小、0~20 cm深度的岩体爆破损伤最大。

    2023年04期 v.29;No.134 43-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2018K]
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  • 软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究

    刘迪;吴立辉;顾云;李飞;李洪伟;

    为研究平行于炮孔的软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展的影响,通过制作含不同软弱夹层的水泥砂浆试块进行爆破模拟试验,并用高速摄影仪对试块爆破裂纹扩展过程进行观测。同时,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对含不同软弱夹层试块的爆破裂纹扩展起因进行数值模拟分析。结果表明:随着软弱夹层强度的降低,软弱夹层侧爆炸反射应力波强度逐渐增加、透射应力波强度逐渐降低,这使得软弱夹层侧裂纹扩展速度逐渐增加、裂纹扩展也越充分。同时,随着软弱夹层强度的降低,爆炸应力波在软弱夹层侧的衰减速度逐渐加快。试验结果与数值模拟结果具有较强的一致性,表明数值模拟对实践具有一定的指导意义。

    2023年04期 v.29;No.134 52-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 2428K]
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  • 地应力下节理岩体爆破损伤演化数值研究

    刘一帆;王梅;王晨龙;袁强;

    为研究地应力下的节理岩体爆破损伤演化机理,采用LS-DYNA软件建立节理岩体数值模型,讨论不同节理长度l对裂纹萌生和扩展的影响,并分析地应力的作用机理。结果表明:岩体中的节理会阻隔应力波的传播,竖向节理尖端会在爆炸作用下起裂,翼裂纹长度随竖向节理长度的增大呈现先增后减的趋势,这是临界起裂应力减小和应力波衰减共同作用导致的。竖向节理面后侧的水平节理的起裂主要是应力波的绕射作用造成的,并且其翼裂纹的长度随竖向节理长度的增大而减小。地应力所产生的环向压应力是抑制爆生裂纹扩展的主要原因,在各向异性地应力下裂纹主要沿最大主应力方向扩展。节理尖端翼裂纹的萌生和发展会受到地应力的抑制作用,且裂纹长度随着地应力的增大而减小,在高地应力条件下节理尖端未出现起裂现象。

    2023年04期 v.29;No.134 61-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1715K]
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岩土爆破

  • 岩巷掘进中角柱形掏槽孔合理间距的分析与应用

    段宝福;侯亚洪;张正欣;张春武;孙宗军;

    为了提高岩巷掘进效率,对掏槽孔合理间距进行研究与分析,以便于爆破方案设计中掏槽孔间距的选择。从角柱形掏槽入手,结合补偿空间理论和柱形药包爆破机理,推导出最适孔间距的数学计算模型,得出175 mm为理论最适间距。结合理论推导和数值计算对岩巷掘进中角柱形掏槽孔的合理间距进行了分析,发现170 mm孔间距的模型爆破效果最好,且有效应力随着间距的改变先减小后增大,最适间距出现在有效应力最低处。结合数值计算和现场施工效果综合分析,发现采用最适间距的爆破方案能够使平均爆破进尺增加0.7 m,每循环消耗炸药量降低2.66 kg,振速平均降低0.12 cm/s,新方案大大降低了爆破用材,提高经济效益和掘进效率,并且减少了振动带来的危害。研究结果可为角柱形掏槽爆破参数设计提供参考,对类似施工条件的爆破方案设计具有一定的参考价值。

    2023年04期 v.29;No.134 69-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1788K]
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  • 隧道岩体爆破碎片预测方法对比研究

    陈起建;

    为了更准确预测隧道爆破岩体块度分布,以天江里隧道为研究对象,将掌子面划分为掏槽区、崩落区、轮廓区与底孔区4个区域。分别采用Kuz-Ram模型与Swebrec模型对岩体爆破碎片的块度分布进行预测,并将预测结果与实测结果进行对比。结果表明:2种模型的预测结果均表明掏槽区是产生爆破细颗粒最多的区域,而崩落区是产生粗颗粒最大的区域;隧道掌子面4个区域的岩体爆破碎片大小平均值在8~9 cm之间,50 cm以下的爆破碎片占到整个爆破岩堆的90%以上,1 cm以下的爆破颗粒占整个爆破岩堆的20%以下,达到了较好的爆破效果;Kuz-Ram模型会低估爆破碎片中细颗粒的含量,对碎石和块石含量的预测则更加准确;Swebrec模型克服了Kuz-Ram模型的不足,其整体预测结果与实测结果更加吻合。采用相同的研究方法,对双庙子隧道爆破碎片进行分析,验证了结论模型的可重复性,表明Swebrec模型是一种适用的岩体爆破块度预测模型。

    2023年04期 v.29;No.134 78-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 1819K]
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  • 紧邻运行船闸新增船闸爆破关键技术研究

    唐宏斌;王琳;沈菊燕;

    为有效缓解爆破有害效应对湘祁二线船闸基坑紧邻的运营中的一线船闸及大量民房的影响,针对闸址所处的地质条件复杂、爆破开挖工程量大、地下承压水饱和、缺陷地质结构和特殊力学环境等施工难点,采用高水位运行船闸及堤坝的深基坑动态平衡下的控制爆破技术、饱和水缺陷地质结构套管爆破施工技术、绳锯反向静力切割成缝隔振技术和高水位运行船闸爆破综合监测技术。结果表明:二线船闸施工过程安全可控,紧邻的建(构)筑物安全稳定、无变形。紧邻运行船闸新增船闸爆破关键技术可为同类缺陷地质结构、紧邻运营一线船闸扩建船闸石方爆破施工提供一定的借鉴意义。

    2023年04期 v.29;No.134 87-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1473K]
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拆除爆破

  • 钢混立柱爆破个别飞散物运动特性与水袋防护效果

    陈思佑;姚颖康;谢先启;贾永胜;聂森林;

    为了研究钢筋混凝土立柱爆破个别飞散物运动特性与水袋防护效果,探讨了个别飞散物的生成机制与防护手段,其次通过开展大尺寸钢筋混凝土立柱爆破模型试验,分析了高速摄像资料获取的个别飞散物运动特性;再基于AUTODYN数值模拟软件,运用SPH方法分别模拟了直径10 mm个别飞散物以10、15、20 m/s初始速度穿越厚度分别为5、10、15 cm防护水袋的减速效果。研究结果表明:钢筋混凝土构件爆破拆除时,爆破生成个别飞散物粒径以碎块(5 mm≤d≤100 mm)为主;爆破碎块飞离母体的初始速度主要范围为10~20 m/s;水袋厚度从5 cm增加至15 cm时,个别飞散物降速效果可从65%提高至95%左右。研究结果可为拆除爆破个别飞散物防护提供参考和借鉴。

    2023年04期 v.29;No.134 94-100+113页 [查看摘要][在线阅读][下载 2001K]
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  • 复杂环境下连体筒仓的控制拆除爆破

    罗伟;王明明;路元军;杨洪新;李健康;储云峰;

    为了实现大型连体筒仓的定向拆除爆破,根据筒仓结构特点及周边环境情况,对筒仓顶部输煤栈桥和筒仓内部结构及切口范围进行了预拆除,在切口范围内的圈梁上部开凿了竖向切缝,并设计了合理的爆破切口范围和参数,采取了有效的安全防护措施。爆破效果表明,筒仓倒塌方向精准,爆破飞石和振动未对周边保护物造成破坏,确保了爆破期间电厂机组的正常运行发电,达到了预期效果,可为类似工程提供参考。

    2023年04期 v.29;No.134 101-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1513K]
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  • 83.1 m高凸字形全剪力墙结构楼房拆除爆破

    郑文富;杨志红;张文龙;陈亚伟;何慧明;

    昆明市丽阳星城二期A4地块内有11栋剪力墙核心筒结构高层建筑需应用爆破进行拆除,文中介绍了待拆楼房A4-3楼拆除爆破,该楼周围环境复杂,周边允许定向倒塌安全距离较小,研究决定采用开设双切口的控制爆破方法,对凸字形高层剪力墙核心筒结构楼房进行拆除爆破。首先确定切口位置,对1~4层、9~10层的切口范围墙柱、梯段及电梯井部分进行预处理,其次在1~4层、9~10层开设双爆破切口,选择合理的爆破参数,采用多通道导爆管复试起爆网路,最后通过采取砌筑减振堤、地下室顶板隔断、墙柱及切口外围多层密目网防护等措施,精细化施工,有效地控制了爆破危害效应,达到了理想的爆破效果,为类似结构楼房拆除爆破提供参考的依据。

    2023年04期 v.29;No.134 107-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1515K]
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爆破器材与装备

  • 十字开槽正拱型爆破片爆破性能影响因素研究

    鲁寨军;冯书颖;刘杰夫;王灿;姚术健;

    十字开槽正拱型爆破片具有动作响应及时、抗疲劳性能良好等优点,其结构参数是爆破性能的重要影响因素,在选定材料、直径及释放口径的情况下,拱高及十字减弱槽的相关参数对爆破压力的影响值得研究。建立十字开槽正拱型爆破片的有限元模型,并通过动态试验验证了仿真模型的可靠性;选择合适的正交试验表格,取拱高、槽宽、槽深3个参数的5个水平进行仿真分析;通过方差分析法确定各参数对爆破压力影响的敏感性,对爆破压力的影响力大小排序依次是槽深>拱高>槽宽,分析槽深与厚度的比值及拱面曲率半径与爆破压力之间的关系,并拟合为适用于文中研究范围内十字开槽正拱型爆破片的爆破压力计算公式,该公式可用于同类爆破片的爆破压力计算。

    2023年04期 v.29;No.134 114-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 1572K]
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  • 含Fe~(3+)乳化基质的热行为实验研究

    李洪伟;孙建辉;王新阁;聂华君;杨策;杨赛群;

    为研究乳化基质中混入Fe~(3+)对其热分解特性的影响,采用差式扫描热量法(DSC)和恒温热解实验研究了含不同质量分数Fe~(3+)的乳化基质的热分解行为。结果表明:在DSC测试中,Fe~(3+)降低了乳化基质热分解反应初期的活化能,促进了热分解反应的发生,在反应的中后期,Fe~(3+)表现出一定的抑制作用,利用?atava-?esták法的计算表明Fe~(3+)的加入将使乳化基质的三维扩散机理变为随机成核和随后生长机理;在恒温热解实验中,随着环境温度由240℃升高到260℃,含Fe~(3+)的乳化基质的热分解起始时间更早,反应程度更剧烈,促进乳化基质热分解的效果越显著,并与其浓度成正比。因此在实际生产作业中,应定期检修生产、存储设备,避免因金属老化腐蚀、意外损坏等因素导致乳化基质中混入过多Fe~(3+)。

    2023年04期 v.29;No.134 122-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1656K]
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  • 引水隧洞光面爆破周边孔炸药匹配性试验研究

    徐伟杰;蒋楠;赵珂;赵晓明;赵东波;

    为确保引水隧洞爆破施工过程高效有序的进行,以秘鲁圣加旺引水隧洞前期开挖段为工程背景,通过LS-DYNA软件建立周边孔简化的双孔引水隧洞爆破损伤模型,研究乳化炸药、铵梯炸药、铵油炸药炮孔周围的损伤范围,并采用EMULEX 80的试验数据验证了数值模拟的可靠性,最后结合引水隧洞现场实际分析不同炸药密度、爆速、爆压对炮孔附近岩体损伤范围的影响。研究结果表明:在数值模拟中,乳化炸药能够形成空气连线处裂隙区,且单个炮孔对围岩的损伤范围最小为47.5 cm;乳化炸药的炸药密度、爆速、爆压分别在1.12~1.14 g/cm~3、4 500~5 000 m/s、8 000~9 000 MPa区间光面爆破效果最好。对比8次现场试验得到的结果,在EMULEX 65、EMULEX 80乳化炸药的基础上考虑对装药结构进一步优化以提高现场施工的经济效益。研究结果对引水隧洞爆破开挖中超欠挖以及损伤控制有一定的指导作用。

    2023年04期 v.29;No.134 129-137+148页 [查看摘要][在线阅读][下载 2069K]
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  • 硫化矿内现场混装乳化炸药自燃自爆影响因素分析

    邸云信;冯超;

    针对硫化矿内存在现场混装乳化炸药自燃自爆的问题,通过化学反应机理分析、组分接触性试验以及装药实践,研究了影响现场混装乳化炸药在含硫矿内装药自燃自爆的因素及原因,主要针对炮孔环境特性、硝铵组分与矿岩接触、敏化组分与矿岩接触等进行深入研究。结果表明:酸性潮湿环境对孔内装药自燃自爆影响较大,游离的硝酸铵组分以及敏化组分在该环境下极易发生放热反应造成热积累。在试验研究的基础上提出了通过优化乳化基质配方、精确调节快速敏化组分的浓度及添加量、改善乳化基质W/O结构等解决问题措施,研究结果可为硫化矿爆破工程提供理论依据。

    2023年04期 v.29;No.134 138-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 888K]
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  • 现场混装乳化炸药中低温制备及性能表征

    黄麟;赵旭东;席韬;任页玫;何文玉;

    为了分析现场混装乳化炸药乳化温度影响因素和水相析晶机理,采用低共熔物、表面活性剂、极性添加剂与硝酸铵水溶液协同添加的方法,研制了一种析晶点达55℃的水相配方,继而开发了现场混装乳化炸药低温制备工艺。结果表明:水相各组分在80~90℃水浴下共存,未出现温度突变现象;在水相温度60℃、油相温度50℃下能快速成乳;同等条件下黏度值较常规基质大2 000 cp左右,水溶-电导率值较小;敏化30 min,装药密度1.18 g/cm~3,爆速达到4 700 m/s以上;该工艺技术在物料热稳定性、相容性,水油相低温乳化效率,基质储存稳定性、抗水性以及装药爆轰性方面均表现良好。

    2023年04期 v.29;No.134 143-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 1264K]
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