理论研究与科学实验

  • 应力差和节理角度对水压爆破岩体损伤影响研究

    王海洋;万圣鑫;陈祥;陈欧阳;

    为研究应力差和节理角度对水压爆破破岩效果的影响规律,在对水压爆破应力波在岩体的透射、反射机制进行分析的基础上,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,研究不同应力差和节理角度条件下的水压爆破裂纹扩展过程、分布特征及岩体损伤范围。结果表明,应力差对岩体损伤区域影响明显,且对非线性破坏区的影响明显大于压碎区。在节理角度一定的条件下,翼裂纹的张开角度随着主应力差的增加而增大;节理角度对于应力入射波和反射波的叠加作用效果具有直接影响,导致翼裂纹的长度及扩展方向、层裂区损伤范围等发生变化。节理角度为90°时,节理外侧岩体损伤最小,但是内侧层裂区损伤严重,随节理角度降低,层裂区损伤量减小,翼裂纹长度增加,贯穿裂缝逐步沿节理方向延伸,直至节理角度降低至0°时,层裂区损伤达到最小,翼裂纹和贯穿裂缝重合。

    2024年01期 v.30;No.137 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 680K]
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  • 基于裂纹动力学的岩石动力破碎平均块度研究

    封焱杰;戚承志;赵发;王泽帆;马啸宇;

    作为表征动力破碎的重要参数之一,平均破碎块度的研究对于揭示岩石破碎机理具有重要意义。尽管进行了大量理论与实验研究,但是还缺乏从裂纹动力学角度来澄清岩石破碎和块度形成机理。基于动态荷载作用下翼型裂纹扩展模型和J. R. Gladden柱体动力屈曲失稳模型,提出了一种预测岩石平均破碎块度的方法,并探究了应变率对动态强度和平均破碎块度的影响。研究结果表明,随着应变率的增加,动态强度增加,平均破碎块度减小,且应变率依赖性逐渐降低。模型平均破碎块度预测与实验数据吻合良好。

    2024年01期 v.30;No.137 9-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 410K]
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  • 一种基于Virial理论的爆轰产物状态方程

    苗飞超;郭子如;李丹丹;

    爆轰参数理论计算热化学代码的核心在于选择合适的状态方程用于描述物质的热力学状态。为扩大状态方程适用范围、减少状态方程的经验参数,基于维里(Virial)理论建立了能够准确计算到第i个Virial系数的VLI状态方程。采用VLI状态方程研究了第2~9维里系数随温度的变化规律,对比了不同阶数维里系数的相对大小及其对氮气热力学状态曲线的影响程度;计算了氮气的高压Hugoniot曲线和低压等温线,并与VLW和JCZ两种状态方程的计算值以及相应的试验数据进行对比,进一步计算了典型炸药的爆轰性能,验证了VLI状态方程的可行性和适用性。

    2024年01期 v.30;No.137 18-25+43页 [查看摘要][在线阅读][下载 556K]
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  • 爆炸冲击波与水膜相互作用的试验研究

    岳亚军;姜林;

    为了研究爆炸冲击波与水膜的相互作用,基于水平激波管搭建冲击波与水膜相互作用的试验平台,设计一个水膜发生器,能够产生厚度为8 mm的稳定水膜。研究了1.31和1.42马赫的入射冲击波分别与距管口45、55和65 mm处的水膜相互作用,并采用纹影仪和高速摄影机对冲击波与水膜的相互作用进行了可视化研究,采用压力测试系统记录水膜前方和后方20 mm处的压力和冲量变化。研究结果表明:水膜前方的压力变化取决于冲击波的反射,且水膜产生的反射波低于刚性-固体壁面产生的反射波;水膜后方的压力变化取决于受冲击的水膜破碎时所吸收的能量,且这部分能量主要来源于冲击波后高速气流的作用,冲击波本身的作用并不明显;水膜后方的峰值压力和冲量显著增强,峰值压力的增强效果能达到50%以上,冲量的增强效果能达到10倍以上;水膜距管口越远,对峰值压力的增强效果越显著,对冲量的增强效果越微弱。

    2024年01期 v.30;No.137 26-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 958K]
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  • 爆炸荷载下反向弧形裂纹扩展规律的实验研究

    翟柏洋;杨冰涛;宋国康;王昊林;陈程;

    为了研究爆炸荷载作用下预制反向弧形裂纹的动态断裂特性,采用数字激光动态焦散线实像-虚像综合实验系统分析爆炸应力波作用下和斜入射爆生运动裂纹作用下预制弧形裂纹尖端实像和虚像焦散斑变化特征、预制弧形裂纹尖端应力强度因子变化特征以及爆生裂纹与翼裂纹运动扩展特征。结果表明:通过实像光路和虚像光路可以定量分析裂纹尖端拉剪应力和压剪应力的动态变化过程,从而获得爆炸荷载与预制弧形裂纹作用的全过程;爆生主、次裂纹能量具有大小之分,且其动态应力强度因子变化趋势具有一致性;定向爆生运动裂纹与预制弧形裂纹贯通位置是造成预制弧形裂纹上下端点应力强度因子差异性的主要原因。

    2024年01期 v.30;No.137 35-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 684K]
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  • SV波斜入射下凸起地形地震响应分析

    孙帅锋;邵伟伟;曹明星;

    为了分析地震波斜入射下对场地地震的影响,基于显示动力有限元法,采用黏弹性人工边界,以SV波斜入射不同坡度凸起地形,分析了不同入射角下凸起场地震动放大系数和傅里叶谱变化情况。其验证模型解析解和数值解吻合较好。数值模拟结果表明:随着斜坡坡度的增大,地震动放大系数增大,其斜坡上放大系数变化明显。X向放大系数大于Y向放大系数。频率在0.2~1 Hz的傅里叶曲线随着凸起地形坡度增加而增大;30°入射EI-centro波时,在低频段随着入射角的增大,傅里叶谱幅值呈减小趋势,高频段监测点的傅里叶谱幅值随着入射角的增大而增大,在1~10 Hz高频段,幅值变化速率最大。

    2024年01期 v.30;No.137 44-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1129K]
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岩土爆破

  • 新建隧道爆破开挖对路基边坡稳定性影响分析

    王国斌;代先尧;张永权;叶铭;

    为分析隧道爆破开挖对邻近路基边坡稳定性的影响,以三峡枢纽茅坪港疏港铁路十里坪隧道并行三峡翻坝高速路基边坡工程为依托,采用理论计算和midas GTS NX数值模拟的方法,研究了隧道爆破开挖对邻近高速公路路基边坡稳定性的影响。研究结果表明,采用经验公式计算的边坡峰值振速为1.06~2.66 cm/s,数值模拟计算的边坡峰值振速为0.882 cm/s,均小于3 cm/s,并且隧道建设前后,路基边坡的安全系数均大于1.35,因此新建十里坪隧道爆破施工对于翻坝高速路基边坡的影响可控。研究成果可为类似公铁并行的涉路工程设计及安全技术评价提供参考。

    2024年01期 v.30;No.137 53-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 491K]
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  • 炸药爆炸作用对煤基固废中煤矸石的破碎研究

    谢强;李梁伟;谢兴华;王子;陈登红;朱茂林;王汉新;杨永福;李慧;

    为了满足快速破碎煤基固废中大量大颗粒煤矸石的要求,利用炸药爆炸破碎方式,设计了敞口与近似密闭条件下的破碎装置,从理论与实验方面分别进行了炸药爆炸作用对煤基固废中煤矸石的破碎研究。结果表明,采用炸药爆炸产生的冲击波对煤基固废中大颗粒煤矸石进行破碎时,由于冲击波反射破坏作用,煤矸石的破碎过程起始于外部层裂或崩落。此外,与敞口体系相比,近似密闭条件可有效提升煤矸石的破碎效果。若进一步扩大破碎装置中的煤矸石装填量,增加破碎所需的爆破药剂用量,有望大幅提升煤矸石的快速破碎能力。

    2024年01期 v.30;No.137 59-65+73页 [查看摘要][在线阅读][下载 852K]
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  • 宽孔距爆破技术在大断面硬质岩石隧洞开挖中的应用

    杨玉银;杨仕杰;张艳如;黄浩;苑庆森;

    在乌干达卡鲁玛水电站尾水隧洞开挖施工中,为了解决大断面硬质岩石隧洞开挖炮孔数量多、钻孔时间长、施工进度慢等问题,实际施工中调整了隧洞爆破布孔思路,改变了传统布孔方式,提出了“隧洞开挖宽孔距布孔”的理念。通过一系列爆破试验,成功将原设计上台阶开挖炮孔数量246个减少到181个,有效降低了炮孔数量,实现了快速掘进。试验表明:在大断面硬质岩石隧洞开挖中,通过采用宽孔距爆破技术,炮孔数量降低了26.42%,有效缩短了钻孔时间,加快了开挖单循环速度,最终实现了主洞上层开挖单面月进尺230.2 m(开挖断面102.02 m~2),为同类隧洞的开挖提供了经验。

    2024年01期 v.30;No.137 66-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 440K]
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  • 台阶爆破孔间延时时间优化模拟实验研究

    孙增;崔峻语;韩文松;宫伟;张胜彬;蒋南洋;

    为探究露天台阶爆破工程中孔间延时时间对爆破效果的影响规律,基于应力波与爆生气体共同作用理论,通过Ansys/LS-Dyna软件建立双炮孔三维实体模型,对比不同孔间延时时间下岩体应力、动能及破碎形态的变化规律,探讨了延时时间与岩体爆破破碎效果之间的关系,引入岩体完整性系数对延时时间的选取方法进行优化,并进行了现场试验验证。结果表明:孔间延时时间过小及过大,均不利于爆破能量的充分利用,存在一个爆破效果最优的孔间延时时间;数值模拟与理论计算得到的合理孔间延时时间基本相符,结合现场试验的岩体完整性表现,修正后的延时时间选取方法具有较好的适用性,在现场爆破参数优化调整后,爆破大块率降低了50%以上,为现场合理延时时间的确定提供了技术支持。

    2024年01期 v.30;No.137 74-81+103页 [查看摘要][在线阅读][下载 636K]
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拆除爆破

  • 危化生产区钢筋混凝土烟囱拆除爆破

    陈磊;权树恩;夏卫国;刘金民;陈佳秉;张涛;

    为了能够在合理预算和预定工期内完成危化生产区内两座钢筋混凝土烟囱的爆破拆除,对两个烟囱的倒塌方向进行合理的规划,爆破延期时间进行了合理的设计,同时对标高5.0 m处有烟道口2#烟囱采用了低位正梯形切口节,对需要重点保护的硫化氢管道舍弃了传统的双排脚手架防护而选择了包裹管道的近体防护,对需要保护的挡土墙采用了先拆后建措施,为了减少爆破飞石、爆破振动通过选择合理的爆破参数、爆破体防护和减振防护措施。结果表明:总体爆破设计方案合理,在确保安全的前提下,高效、低成本地达到了预期的爆破效果,该工程的爆破参数的设计和安全防护措施在传统的爆破施工思维上进行了部分创新,可为类似的爆破施工提供一定的经验。

    2024年01期 v.30;No.137 82-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 812K]
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  • 深厚软基超长防波堤爆炸挤淤快速施工技术

    李跟;刘三军;汪高龙;吴义华;

    含有深水较厚淤泥层的软基加固处理难度大,海上施工工况复杂,一直是软基处理工程的难点。在渔港斜坡式防波堤建设工程中,针对淤泥层厚、抛填方量大、防波堤长度大的特点,采用爆炸置换方法进行挤淤施工。防波堤总长2 180 m,抛石量约434万m~3,为加快施工速度,构筑了双人工岛施工方法,人工岛尺寸为36 m×36 m,增加了同时工作面。在合拢段采用子堤拓宽法施工,子堤宽度8 m,由内侧向外侧推进完成合拢。经沉降点观测和钻孔取样,防波堤建设取得了较好的质量效果,可为相似工程提供借鉴经验。

    2024年01期 v.30;No.137 90-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 458K]
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  • 两座210m高烟囱定向爆破拆除空中对碰技术研究

    张焜琨;张耀良;夏云鹏;张中威;李杰;钱坤;徐阳;陈美常;

    位于镇江市谏壁发电厂内的两座高210 m的烟囱需进行拆除,受周边环境和正常运行的两台100万机组的影响,振速不能过大。经分析论证,选择两座烟囱相对定向倒塌、空中相碰的方案是影响最小的最优方案,通过选择切口位置、精确定位倒塌方向、开设定向窗、多层次全方位防护等措施,结合对碰模拟分析结果以及现场测试数据等技术手段,最终两座烟囱在空中实现对碰,且周边保护目标安全无恙,此爆破方法为国内首例,对类似工程有一定的借鉴作用。

    2024年01期 v.30;No.137 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 483K]
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  • V型起爆技术在复杂环境下房屋拆除爆破中的应用

    伍锡南;聂群富;夏多马;

    针对滕鹏飞12层违建房首层为框架剪力墙、2-12层为框架结构且周边环境复杂,倒塌范围受限的情况,决定设计一个10 m高的爆破切口,向南定向倒塌。采用对首层剪力墙进行机械预拆除,保留横梁下面的剪力墙、变墙为柱,合理确定了每个楼层爆破切口高度及墙、柱爆破参数。为避免爆破有害效应对东侧在建房屋以及北侧木房子产生安全影响,本次起爆网路采用中间先响两边后响的电子雷管V型起爆网路;每发雷管入孔前合理设定延时时间,对爆破墙、柱采用多层防护措施;通过精心设计和施工,大楼按设计要求依次倒塌、有效控制爆破危害效应,可为同类工程提供经验。

    2024年01期 v.30;No.137 104-109+118页 [查看摘要][在线阅读][下载 613K]
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爆破监测与安全

  • PE管道的爆破振动响应规律及灰色关联度分析

    段宝福;于昭文;徐伟善;孙宗军;张正欣;

    为了降低隧道爆破施工对既有埋地PE管道造成的振动危害,有必要在施工前了解影响管道振动效应的各种因素。根据现场实测数据,采用MIDAS GTS NX软件建立岩土体-隧道-PE管道三维数值模型,并将现场监测结果和数值模拟结果进行对比分析,验证数值模型的可靠性。分析得出:爆破振动作用下土体弹性模量、泊松比和管径的增加会使管道的最大振速增大;因为地表自由面叠加作用的原因,管道埋深的增加使管道最大振速先减小后增大。运用灰色关联度理论,确定了4种不同因素对管道振动效应的影响程度,主次关系为:土体弹性模量>管道埋深>土体泊松比>管道直径。准确地了解各因素对管道振动的影响程度能够更好的对隧道爆破施工时PE管道的安全性进行评估,为工程实际施工提供参考。

    2024年01期 v.30;No.137 110-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 724K]
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  • 爆破荷载作用下邻近深埋隧道衬砌动力响应数值模拟

    许文祥;施建俊;周汉红;马鑫炎;

    为了研究深埋小净距隧道在爆破荷载下的动力响应以及保证隧道的安全和稳定,以三洞分离隧道爆破开挖工程为背景,通过ANSYS/LS-DYNA模拟分析深埋小净距隧道在爆破荷载作用下的衬砌动力响应。分析了隧道同一截面拱顶、拱腰、拱脚不同测点,不同断面的振速和位移。研究结果表明:衬砌内侧(与净空面接触)拱脚首先产生振动,爆破卸载后,衬砌外侧(与岩石接触)振动速度达到峰值。纵断面的振动速度差异较大,水平位移的影响大于垂向位移的影响。最大位移出现在拱顶,其次出现在迎爆侧拱腰处。断面拱脚处测点振动加速度最大,受到的爆轰也最大。

    2024年01期 v.30;No.137 119-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 587K]
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  • 小净距隧道后行洞爆破对先行洞的振动影响分析

    李钢;

    为分析后行洞爆破施工时对先行洞造成的影响,依托蒙古道隧道工程并以大断面小净距隧道为研究对象,进行有限元数值模拟。结合现场测试对现场爆破后振动测试信号进行HHT分析,确定了爆破振动影响信号的时频特征。研究表明:当后行洞在进行爆破施工时,先行洞初期支护的垂直振动速度和切向振动速度都明显的小于径向振动速度;后行洞迎爆侧的径向振动速度明显大于背爆侧,后行洞爆破的最大振动速度相对应的频率主要集中在20~80 Hz之间。受后行洞爆破影响,小净距隧道的先行洞迎爆一侧的拱脚处出现拉应力易导致隧道衬砌出现拉伸破坏,建议在该部位进行喷射钢纤维混凝土等措施进行加强。

    2024年01期 v.30;No.137 126-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 750K]
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  • 正高程差下边坡爆破对X70钢管振速的影响

    许柏园;刘跃;吴锦达;厉擎阳;曲艳东;

    为了探究正高程差边坡爆炸施工对邻近埋地管道振速的影响,基于商用有限元软件ANSYS/LS-DYNA采用数值模拟方法研究了炸药量相同(30 kg),正高程差不同(2.1、2.6、3.1、3.6、4.1、4.6和5.1 m)时,边坡爆破振动对既有X70管道振速的影响,并与平面地形结果作对比分析。研究表明:相较于平面地形,在水平距离不变的条件下,管道Y方向上会出现振速放大现象,且随着高程增大,振速加快衰减。管道振速放大系数随着高程差的增大呈现先增大后减小的趋势。当高程差为3.1 m时,管道迎爆面测点的振速放大系数最大,为1.998;当高程差为3.6 m时,管道背爆面测点的放大系数最大,为1.622。爆炸地震波在不同的介质界面发生折射和反射所形成的叠加效应以及在坡脚发生绕射,是产生高程放大效应的主要原因。

    2024年01期 v.30;No.137 133-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 783K]
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  • 连拱隧道中导洞不同起爆位置振动效应研究

    严志豪;高文学;汪艮忠;胡宇;张声辉;张小军;

    为研究隧道掘进爆破炮孔不同起爆位置振动效应,在连拱隧道中导洞开挖过程中开展相关试验研究,并基于CEEMDAN-小波包对监测到的爆破振动信号进行降噪处理。研究表明:1)采用CEEMDAN-小波包法对爆破振动信号进行去噪,重构,能有效保留爆破振动信号真实信息;2)炮孔不同起爆位置质点峰值振速,反向起爆>中间起爆>正向起爆;振动频率大小范围,正向起爆>反向起爆>中间起爆,其中正向起爆的频率分布更广,且具有多个峰值,有利于能量朝高频转移;3)对重构后的爆破振动信号进行Hilbert变换,发现隧道掏槽段爆破瞬时能量关系为:反向起爆>中间起爆>正向起爆;随着雷管段别的增加,反向起爆和正向起爆波形较宽、质点峰值振速较大,中间起爆振动波形较窄、质点峰值振速较小;4)对比分析炮孔不同起爆位置破岩块度,反向起爆更为均匀,效果最佳。

    2024年01期 v.30;No.137 141-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 987K]
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