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振动与冲击 2024年第16期43卷 227-237页

作者：王梦想王浩马守龙宗琦汪海波徐颖安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 中煤新集能源股份有限公司安徽淮南232001

为探究不同围压环境爆破荷载损伤砂岩在循环加卸载作用下能量耗散演化规律,利用三轴试验加载装置系统对三种不同损伤度的砂岩试件开展不同围压下的分级循环加卸载试验,并结合电子数码显微镜获取不同损伤度试件细观结构,分析爆破荷载损... 详细信息

为探究不同围压环境爆破荷载损伤砂岩在循环加卸载作用下能量耗散演化规律,利用三轴试验加载装置系统对三种不同损伤度的砂岩试件开展不同围压下的分级循环加卸载试验,并结合电子数码显微镜获取不同损伤度试件细观结构,分析爆破荷载损伤、围压及加载级数对试件能量耗散及破裂破碎形态的影响规律。结果表明:(1)爆破荷载作用会对岩体造成损伤,单轴压缩荷载下振动损伤、爆破损伤试件峰值强度降幅分别为5.53%、18.87%,单轴分级循环加卸载作用对未损伤、振动损伤试件产生劣化,对爆破损伤试件产生强化作用;(2)爆源近端岩体损伤程度较高,在外荷载作用下率先发生破坏,围压的存在显著降低试件的破裂破碎程度,试件呈剪切、拉伸及压碎破坏多种模式共存;(3)循环加卸载过程中第1次循环加载试件所获取总能量及塑性变形能最大,循环次数的增加使试件塑性变形能及耗散能整体均呈现减小趋势,围压及循环加载级数的增大使试件在循环加载过程中各能量均随之增加;(4)分级循环加卸载过程中Ⅱ级循环加卸载试件耗能比要低于Ⅰ级与Ⅲ级,爆破损伤、振动损伤及未损伤试件在Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级循环加卸载过程中耗能比均值分别为15.73%、12.47%、13.95%,13.49%、12.44%、13.46%,12.07%、8.69%、11.56%,爆破荷载损伤改变岩体内部结构使得试件在循环加卸载作用下耗能占比更加显著。

关键词：爆破损伤顶板砂岩分级循环加卸载峰值强度破裂破碎形态能量耗散耗能比

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基于爆破损伤的岩台保护层开挖爆破参数研究

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岩石力学与工程学报 2016年第1期35卷 98-108页

作者：陈俊桦李新平张家生中南大学土木工程学院湖南长沙410075 武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室湖北武汉430070

在现有岩石爆破损伤理论的基础上,提出考虑初始损伤的爆破损伤计算模型,推导初始损伤变量和声波波速、弹性模量以及损伤门槛值等参数间的关系式。以溪洛渡水电站主厂房岩台保护层开挖为研究背景,结合岩石爆破损伤理论,分析保护层开挖的... 详细信息

在现有岩石爆破损伤理论的基础上,提出考虑初始损伤的爆破损伤计算模型,推导初始损伤变量和声波波速、弹性模量以及损伤门槛值等参数间的关系式。以溪洛渡水电站主厂房岩台保护层开挖为研究背景,结合岩石爆破损伤理论,分析保护层开挖的爆破损伤效应及其主要影响因素,并导出爆破参数计算公式。对主厂房内分布较广且初始损伤程度不同的2类岩体,分别给出相应的开挖爆破参数。通过现场爆破试验、爆破振动速度测试以及钻孔声波测试,验证爆破参数的合理性以及完善爆破参数设计。研究结果表明:爆破参数设计需要考虑岩体初始损伤的影响。考虑损伤效应后,岩台保护层开挖的炮孔密集系数小于普通光面爆破参数设计值;岩体初始损伤程度较大时,应增加光爆孔的装药不耦合系数和减小炮孔密集系数;岩台开挖爆破影响深度和爆破地震效应均满足安全控制要求,爆破参数设计合理。研究成果可为同类工程提供借鉴。

关键词：岩石力学岩锚粱爆破损伤爆破试验声波测试光面爆破

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岩体爆破损伤声波测试信号频谱特征的小波(包)分析

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岩石力学与工程学报 2010年第7期29卷 1496-1502页

作者：闫长斌王贵军石守亮徐国元黄河勘测规划设计有限公司河南郑州450003 华南理工大学土木与交通学院广东广州510641

岩体爆破损伤特性除了影响声波速度外,同时造成声波能量衰减和频谱特征的变化。为弥补单纯声波速度分析的不足,更好地利用岩体声波信号携带的丰富信息,在某地下工程围岩中开展10次小药量模拟爆破岩体损伤声波测试研究。针对傅立叶分析... 详细信息

岩体爆破损伤特性除了影响声波速度外,同时造成声波能量衰减和频谱特征的变化。为弥补单纯声波速度分析的不足,更好地利用岩体声波信号携带的丰富信息,在某地下工程围岩中开展10次小药量模拟爆破岩体损伤声波测试研究。针对傅立叶分析的缺陷,运用小波(包)变换方法,对声波测试信号的频谱特征进行分解分析。研究结果表明:(1)经小波(包)变换得到的爆破前后岩体声波频谱特征变化规律非常明显;(2)2–4,2–5和2–6尺度下小波分量的幅值和功率谱密度远大于其他尺度下的小波分量的幅值和功率谱密度,对岩体爆破损伤的敏感性较好;(3)岩体爆破损伤作用导致声波测试信号的能量集中区和最大能量分布百分比对应的频段(频率)向低频方向偏移。研究成果对于揭示岩体爆破损伤与声波测试信号频谱特征之间的内在联系具有一定的指导意义。

关键词：岩石力学爆破损伤声波信号频谱小波(包)变换

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三轴压缩荷载下爆破损伤砂岩强度及变形特征试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第6期43卷 1492-1504页

作者：王浩宗琦汪海波王梦想徐颖马守龙安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 中煤新集能源股份有限公司安徽淮南232001

为探究不同围压状态下爆破荷载损伤顶板砂岩强度、变形及损伤特征,利用三轴加载装置对3种不同损伤度砂岩试件开展常规三轴压缩试验,并结合电子数码显微镜获取不同损伤度试件细观结构,分析爆破荷载损伤、围压对砂岩试件强度、黏聚力、体... 详细信息

为探究不同围压状态下爆破荷载损伤顶板砂岩强度、变形及损伤特征,利用三轴加载装置对3种不同损伤度砂岩试件开展常规三轴压缩试验,并结合电子数码显微镜获取不同损伤度试件细观结构,分析爆破荷载损伤、围压对砂岩试件强度、黏聚力、体积应变、破裂破碎形态及细观结构的影响规律。结果表明:(1)相较于未损伤试件,围压0 MPa时振动损伤、爆破损伤试件损伤度分别为5.53%,18.87%,未损伤试件峰值应力、黏聚力及内摩擦角均高于振动损伤试件与爆破损伤试件,爆破荷载作用对砂岩强度产生明显劣化作用,且爆破损伤试件损伤度高于振动损伤试件。(2)不同损伤度试件峰值应力均随围压的增大呈线性增长,同时围压的存在限制了试件的变形,在达到相同应力时承受围压试件所产生的变形程度更小。(3)0 MPa围压时未损伤试件极限体积应变是振动损伤试件、爆破损伤试件的1.65,1.46倍,10 MPa围压时是振动损伤试件、爆破损伤试件的1.85,1.49倍,未损伤试件整体均质性及承载能力较高,其自身能够承受荷载作用下的变形程度更大。(4)围压的增大使得试件破裂破碎程度先降低后增大,试件呈剪切破坏、张拉破坏及压缩破坏多种破坏模式共存。在细观结构层次上爆破荷载损伤砂岩产生大量新生节理、裂纹及断层,且爆破损伤区损伤程度高于振动损伤区。

关键词：岩石力学三轴压缩爆破损伤顶板砂岩峰值强度体积应变破裂破碎细观结构

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考虑岩体完整程度的岩石爆破损伤模型及应用

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岩土工程学报 2016年第5期38卷 857-866页

作者：陈俊桦张家生李新平中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室湖北武汉430070

现有爆破损伤本构模型未能考虑岩体完整程度对爆破作用效果的影响。为此,对Yang等提出的爆破损伤模型进行了改进,建立考虑初始损伤的弹塑性爆破损伤本构模型及提出用于评价围岩受爆破影响的损伤判据。该本构模型包含初始损伤变量和岩体... 详细信息

现有爆破损伤本构模型未能考虑岩体完整程度对爆破作用效果的影响。为此,对Yang等提出的爆破损伤模型进行了改进,建立考虑初始损伤的弹塑性爆破损伤本构模型及提出用于评价围岩受爆破影响的损伤判据。该本构模型包含初始损伤变量和岩体完整性指数、声波波速等参数间的关系式,并利用岩体初始完整性指数的变化考虑其完整程度对爆破损伤作用的影响。把该模型引入到LS-DYNA数值软件中,并结合工程实例进行数值模拟,得到爆破损伤云图及相应的爆破影响范围。然后将计算得到的爆破影响范围与现场实测值、基于常用的TCK爆破损伤模型的数值计算结果进行了对比。最后,分析了爆破影响最大半径、最大深度与岩体初始完整性指数间的关系。研究表明,爆破影响最大半径、最大深度均随岩体初始完整性指数的减小而增大,且前者的变化更为显著。基于所提出模型的数值计算结果和现场实测值较为符合;提出的损伤模型可为考虑岩体完整程度对爆破开挖影响的理论研究和工程实践提供参考。

关键词：岩石爆破损伤岩体完整性指数数值模拟声波波速

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深埋隧洞开挖爆破损伤数值模拟及损伤机制研究

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岩石力学与工程学报 2021年第S01期40卷 2760-2772页

作者：罗笙严鹏卢文波陈明王高辉武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

深埋隧洞爆破损伤直接影响到隧洞施工安全,支护设计中也须着重考量,目前应力条件对爆破损伤产生机制的影响尚未完全揭示,且缺乏兼顾计算效率与计算精度的群孔起爆爆破损伤数值模拟方法。依托锦屏二级水电站辅助洞开挖,提出一种基于法向... 详细信息

深埋隧洞爆破损伤直接影响到隧洞施工安全,支护设计中也须着重考量,目前应力条件对爆破损伤产生机制的影响尚未完全揭示,且缺乏兼顾计算效率与计算精度的群孔起爆爆破损伤数值模拟方法。依托锦屏二级水电站辅助洞开挖,提出一种基于法向冲击荷载的爆破损伤模拟方法,通过数值模拟与损伤区原位监测的对比分析,分析了该方法的可行性;并基于该方法研究不同应力条件下爆破损伤孕育机制。结果表明,采用提出的法向冲击荷载可以有效模拟爆破开挖扰动作用下岩体的损伤效应,与传统爆炸荷载施加方法相比,模型最大网格尺寸与最小网格尺寸比值减小82%,计算时间减少50%~87%;隧洞开挖爆破损伤深度与应力水平具有明显的相关性,随着地应力的增大爆破损伤呈先减小后增大的趋势。地应力存在时,爆炸荷载的施加在一定程度上提高了围岩的屈服极限,具体表现为一定程度的地应力对爆破损伤起“抑制作用”。地应力水平较低(小于12.5 MPa)时,爆破主要造成拉剪损伤,而当地应力水平继续增大时,拉损伤受到抑制,爆破主要造成纯剪损伤。

关键词：岩石力学深埋隧洞爆破损伤地应力法向冲击荷载损伤机制

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基于核磁共振技术的岩体爆破损伤试验研究

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岩石力学与工程学报 2013年第7期32卷 1410-1416页

作者：朱和玲周科平张亚民田坤李杰林中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

评价岩体爆破损伤程度及其范围对工程爆破参数设计和岩体结构支护具有重要指导意义。在综合分析当前岩体爆破损伤研究方法的基础上,引进核磁共振检测技术,从研究爆破作用导致岩石损伤的本质着手,以岩石孔隙度、横向弛豫时间T2谱等参数... 详细信息

评价岩体爆破损伤程度及其范围对工程爆破参数设计和岩体结构支护具有重要指导意义。在综合分析当前岩体爆破损伤研究方法的基础上,引进核磁共振检测技术,从研究爆破作用导致岩石损伤的本质着手,以岩石孔隙度、横向弛豫时间T2谱等参数为判据,以及核磁共振成像技术这一直观方式定量确定岩体爆破损伤范围。同时,结合超声波测试和岩石力学强度测定等技术手段对核磁共振结果进行比较和论证,并研究核磁共振特征与岩体强度之间的相关性,得出核磁共振孔隙度与单轴抗压强度之间的呈指数分布,并建立单轴抗压强度的预测模型。研究结果表明,核磁共振技术具有较高的实用性和准确性,为研究爆破岩体损伤开辟一种新的技术手段。

关键词：岩石力学爆破损伤损伤范围核磁共振试验

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白鹤滩坝址柱状节理玄武岩爆破损伤质点峰值振速安全阈值研究

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岩石力学与工程学报 2019年第A01期38卷 2997-3007页

作者：夏文俊卢文波陈明严鹏刘达胡浩然武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉400072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

白鹤滩水电站坝址处柱状节理玄武岩分布广泛,节理裂隙发育,爆破损伤控制是白鹤滩坝基开挖中的技术难题之一。结合白鹤滩水电站坝基保护层开挖,开展水平预裂爆破、水平光面爆破和竖直孔复合消能爆破条件下的现场爆破试验,基于不同爆破方... 详细信息

白鹤滩水电站坝址处柱状节理玄武岩分布广泛,节理裂隙发育,爆破损伤控制是白鹤滩坝基开挖中的技术难题之一。结合白鹤滩水电站坝基保护层开挖,开展水平预裂爆破、水平光面爆破和竖直孔复合消能爆破条件下的现场爆破试验,基于不同爆破方式下爆前爆后岩体声波速度的对比检测数据以及坝基岩体钻孔内预埋速度传感器的振动测试结果,建立坝基岩体损伤程度与质点峰值振速的对应关系,提出与声波速度降低率相关的质点峰值振速安全阈值。现场试验结果表明:质点峰值振速安全阈值是岩体的固有性质,不受爆破方式和爆破参数的影响;在声波速度降低率为5%,10%和15%的条件下,对应的柱状节理玄武岩爆破损伤质点峰值振速安全阈值可大致确定为50,65和90 cm/s。

关键词：岩石力学柱状节理玄武岩爆破损伤声波速度质点峰值振速

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混凝土爆破损伤的SPH-FEM耦合法数值模拟

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爆炸与冲击 2018年第6期38卷 1419-1428页

作者：王志亮毕程程李鸿儒合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了提高计算效率以及更好展现爆炸荷载下混凝土破坏过程,采用SPH-FEM耦合法对混凝土爆破成坑进行模拟。首先结合前人给出的C30混凝土Holmquist-Johnson-Cook(HJC)部分本构参数,通过理论推导等方法确定出剩余的参数;然后代入模型中计算... 详细信息

为了提高计算效率以及更好展现爆炸荷载下混凝土破坏过程,采用SPH-FEM耦合法对混凝土爆破成坑进行模拟。首先结合前人给出的C30混凝土Holmquist-Johnson-Cook(HJC)部分本构参数,通过理论推导等方法确定出剩余的参数;然后代入模型中计算,将数值解与实测数据进行对比;最后以峰值压力和峰值加速度作为考察对象,对HJC模型中21个参数敏感性进行分析。结果表明:SPH-FEM耦合法能直观地模拟爆炸荷载作用下爆坑的发展全过程,且能够较好地处理SPH边界问题;基于所给出的C30混凝土HJC本构参数,采用SPH-FEM耦合法对混凝土爆破破坏进行模拟,计算结果与实测数据吻合度高,表明HJC本构参数的确定具有合理性。此外,还发现HJC本构参数对爆破问题结果的敏感度各不相同,指出对峰值压力和峰值加速度均有较大影响的参数在确定的时候需引起足够的重视。

关键词：混凝土爆破损伤 SPH-FEM耦合法 HJC本构参数敏感度

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岩石爆破损伤SPH-FEM耦合法数值模拟分析

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采矿与安全工程学报 2015年第5期32卷 840-845页

作者：蔡峰刘泽功安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室能源与安全学院安徽省城市公共安全协同创新中心 Department of Mining Engineering West Virginia University

耦合SPH和FEM是一种有效岩石爆破损伤的数值模拟方法。本文建立了爆破损伤本构方程和爆破过程的SPH-FEM耦合算法,并利用此本构方程和SPH-FEM耦合法对无结合面和有结合面的2种岩石模型的数值模拟计算分析,研究获得了爆生裂纹发育规律和... 详细信息

耦合SPH和FEM是一种有效岩石爆破损伤的数值模拟方法。本文建立了爆破损伤本构方程和爆破过程的SPH-FEM耦合算法,并利用此本构方程和SPH-FEM耦合法对无结合面和有结合面的2种岩石模型的数值模拟计算分析,研究获得了爆生裂纹发育规律和爆生气体对岩石的作用方式、过程和效果。研究结果表明:高压爆生气体先后经历高压膨胀并冲击孔壁、反射、再压缩、再膨胀冲击孔壁、再反射的反复过程,由此形成一系列膨胀波对岩石孔壁进行多次冲击;岩石内微裂纹的生成过程存在着7个关键时间节点,爆生气体对裂纹的发育和生长有4方面的影响:1)直接冲击孔壁形成破碎区和主要的径向裂纹;2)驱动这些径向裂纹生长;3)形成的应力波在岩石内部形成裂纹;4)应力波在岩石外表面反射和叠加形成裂纹并造成表面剥落。径向裂纹的生长速度要慢于应力波的传播速度,且其生长取决于4个影响因素。

关键词： SPH FEM 爆破损伤岩石爆破

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