In view of the problems that the tunnel constructed by drilling and blasting method is prone to large blocks, the low utilization rate of explosive energy, and large peak value of structural vibration during blasting, the model tests of circumferential slit charge and conventional blasting are carried out using standard concrete test blocks of 40 MPa, 50 MPa, and 60 MPa. The test result shows that with the same amount of explosives, the average block size and block rate obtained from circumferential slit blasting is lower, compared to conventional blasting, the average block size of circumferential slit blasting can be reduced by 3 mm to 15 mm, and the block rate can be reduced by 5.21% to 27.44%, with a more optimal distribution of explosive energy. In terms of blast pressure distribution, the circumferential slit package has an obvious phenomenon of energy concentration after detonation, while the blast pressure around the hole wall is more evenly distributed during conventional blasting, and the blast pressure at the slit is 0.62 GPa greater than that of conventional blasting. Circumferential slit charge blasting technology offers new way for improving blasting fragmentation in tunnel engineering.
为了找出适合非平稳爆破地震波信号的时频分析算法,进行了短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)、离散小波变换(DWT)、希尔伯特-黄变换(HHT)和改进HHT的烟台某地下洞室爆破地震波监测信号时频分析对比研究.分析结果表明:STFT适合平稳信号时频分析,不适合爆破地震波这种非平稳、非线性的信号;CWT可得出特定尺度-位移平面下的小波系数,也引入了冗余成分,导致小波逆变换重构不唯一;DWT能在一定程度描述信号的局部特征,但过度依赖于小波基的选择;HHT依据信号本身的特性进行分解,时频分析结果具有自适应性,但爆破地震波信号多为含噪信号,噪声的存在导致经验模态分解(EMD)产生模态混淆的现象.同时EMD无法免除端点效应的影响,时频分析精度受损.针对以上问题,通过在补充集合经验模态分解(CEEMD)中添加端点处理程序,得到能够同时抑制模态混淆和端点发散的改进HHT算法.改进的HHT算法能够得到物理意义明确的IMF,是一种更优越的时频分析方法,可为地下洞室爆破提供参考.
为深入了解露天爆破地震波对煤矿巷道造成的影响,以内蒙古某露天煤矿爆破对相邻煤矿巷道的影响为工程背景,运用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,采用对比分析和最小二乘法相结合的方法研究了爆破振动对巷道围岩振速及位移的影响变化规律,且在爆破现场进行了巷道围岩收敛位移监测.结果表明巷道周围各质点的最大振速随爆心距增大而减小,巷道边墙两侧中部质点的最大位移随爆心距呈现间隔式递减.爆破振动对相邻煤矿巷道各侧围岩的影响程度不尽相同,收敛监测数据表明背爆侧围岩受爆破振动的影响最小,迎爆侧围岩受爆破振动的影响最大,巷道围岩基本处于稳定状态.运用最小二乘法反演得到萨道夫斯基公式中的K值和α值分别是30.814和1.085,可为预测露天煤矿爆破地震波对相邻巷道的影响提供一定的参考意义.
水下爆炸冲击波对人员损伤的判据和安全距离计算方法,是水下爆破作业安全问题之一.针对目前水下爆炸冲击伤判据标准不一,安全距离不同计算方法结果差异较大,国内相关标准缺乏,尤其是50 kg以下小当量水下爆破安全距离计算误差较大的问题,分析现有国内外水下爆炸冲击伤研究相关资料,梳理水下爆炸冲击损伤阈值试验数据和安全距离计算方法,并进行比较分析,为水下爆炸冲击伤阈值选取和安全距离计算提供了参考依据,并以水下爆炸冲击伤阈值为依据,给出了小药量装药(1、5、10、50 kg)水下爆破的安全距离.
为解决核岛底板爆破开挖中建基面平整度不高和预留岩层超挖较大的技术难题,基于高速聚能射流定向劈裂冲击与断裂理论,设计了一种双向多点聚能岩石劈裂成缝装置,通过制作双孔预制裂纹混凝土试块进行爆破劈裂成缝模拟实验.实验结果表明:两炮孔之间形成了贯穿混凝土的裂纹,并且裂纹沿切槽方向向两炮孔外侧扩展,整条裂纹基本沿两炮孔中心连线方向.实验验证了双向多点聚能岩石劈裂成缝装置可用于岩石控界爆破切割形成光滑平整壁面,且非切槽方向混凝土未造成损伤.这为核电基坑底板控制精细爆破,实现高平整度和微损伤岩石界面提供了一种新的方法.
为研究节理几何特征对爆破裂纹扩展的影响,选择了基于爆破破坏理论及数值验证的RHT本构模型,利用ANSYS/LS-DYNA数值仿真软件,建立3组含有不同节理几何特征(宽度、长度、弯度)的岩体准二维模型,对其进行爆破裂纹扩展数值模拟,分析不同节理宽度、节理长度、节理弯度(弯曲程度)对爆破裂纹扩展的影响.结果表明:随着节理宽度的递增,阻滞应力波的作用越明显,对节理与炮孔之间的裂纹扩展有促进作用,而节理长度的增加,促进了炮孔与节理之间平行于节理的裂纹扩展,抑制了节理端部翼裂纹的扩展;随着节理弯度从0、0.063、0.084到0.128变化,弧形翼裂纹起裂夹角从37.递减到23°,平均主裂纹长度逐渐增大,岩体破碎范围增大,节理对爆炸应力波的阻滞作用减小,对爆破裂纹扩展有促进作用.研究成果对于不同节理几何特征对爆破致裂具有一定的参考价值.
根据大红山铜矿不同赋存深度下地应力监测结果,借助分离式霍普金森压杆装置(SHPB)进行三维动静组合加载试验,得到了两种矿岩在不同赋存深度下的强度和能量特性;利用标准筛对破碎后的岩块进行筛分,基于碎块粒径分布的质量分形模型计算出分形维数;最后分析了分形维数D赋存深度之间的关系.研究表明:两种矿岩均随赋存深度的增大而增大,两者满足呈线性相关关系,且黑云母片岩的增长速率高于白云石大理岩.两种矿岩的吸收能、反射能随着赋存深度的增大呈降低趋势,而透射能逐渐增加.赋存深度越大,岩石破碎程度越高,分形维数越大;分形维数与岩石破碎耗能密度之间满足线性关系,且白云石大理岩的增长速率高于黑云母片岩.基于碎块粒径分布的质量分形模型计算出分形维数D,发现岩石在冲击荷载作用下的破碎块度分布符合分形规律,岩石赋存深度越大,破碎程度越大,且分形维数与赋存深度之间呈线性降低关系.
水压光面爆破中水袋分布的不同会导致爆破损伤演化的差异,进而影响爆破开挖效果.通过SPH-FEM耦合的方式对比分析了不同水袋位置及不同水袋数量下的爆破损伤演化规律,并依托秦岭天台山隧道爆破开挖,验证了水袋于炮孔内均匀分布时的爆破效果.研究结果表明:相比水袋位于炮孔上下两侧,当水袋于炮孔内均匀分布时,炮孔孔壁荷载峰值较低,且荷载持续时间更长,爆破损伤较为均匀;随着水袋数量的增加,炮孔孔壁荷载峰值随之降低,但爆破荷载的持续时间基本一致;水袋数量的增加使得炮孔损伤更为均匀,但易在抵抗线方向形成大块,不利于后期爆破出渣.水压光面爆破中,应根据现场实际选择水袋数量,以保证开挖效率及爆破效果.
针对爆堆岩块图像中因粘连、堆叠、边缘模糊等造成的错误分割问题,提出基于岩块轮廓属性的爆堆图像自适应分割方法.首先对爆堆图像进行预处理,然后采用Phansalkar方法进行二值分割,并采用形态学优化和面积滤波去除噪点,再利用爆堆岩块的轮廓坚实度和迭代腐蚀相结合的方法来标记种子点,最后基于标记的种子点利用分水岭算法对图像进行分割.将该方法用于爆堆图像分割,种子点标记结果表明基于岩块轮廓坚实度的种子点标记方法可避免部分噪点的影响,提高对爆堆岩块标记效率.分割结果表明该方法获得的面积累计曲线与人工分割的面积累计曲线高度相似,3个特征面积参数的最大相对误差仅为4.32％,对于100 cm2以上的岩块,分割准确率为98.33％.相较于其他用于岩块分割的分水岭改进方法有效地减小了错误分割的可能,实现了基于岩块灰度特征和轮廓特征的爆堆图像高精度自适应分割.
为了保障高温低渗储层射孔作业的安全性和可靠性,超高温条件下针对89型、127型射孔弹开展了超高温射孔穿靶实验及枪型、穿深、孔密和相位优化对比研究.结果表明:相较于89型射孔弹,127型射孔弹的穿透效果好;LLM-105装药的射孔弹性能优于PYX和HNS,LLM-105装药的89型射孔弹较PYX射孔弹,穿深提高19.2％,孔径提高33％,较HNS射孔弹,穿深提高42％,孔径提高30％;127型超高温弹配备LLM-105弹药在装药量少的情况下,穿深相比于PYX弹药提高32.4％,φ177.8 mm套管孔径增加5.2％,LLM-105能够大幅度地提高超高温射孔的可靠性、扩展油气通道.以A2井的井身结构和地质参数为基础,对LLM-105装药的射孔弹孔密、相位、孔径等关键参数进行敏感性分析,合理调整参数,极大地释放了产能,射孔实施后A2井产量为配产的2倍,这对于类似条件下射孔弹的选型、炸药的选择和应用具有指导意义和参考价值.
为研究地应力条件下水压爆破顶板裂纹的扩展规律,利用LS-DYNA非线性动力有限元模拟软件,以铺龙湾煤矿10602沿空留巷切顶卸压为工程背景,分析了不同侧压力系数、不耦合系数及导向孔与爆破孔间距对水压爆破在外加导向孔条件下孔间裂纹扩展及孔间峰值有效应力的影响,并进行现场验证.结果表明:在侧压力系数0.5～4.0范围内,随着侧压力系数的增大,孔间岩石的环向压应力逐渐小于连孔垂直方向的压应力,使得裂纹的扩展方向逐渐由连孔垂直方向过渡到连孔方向;随着不耦合系数的增大,孔间裂纹呈现先增多后减少的趋势,其中不耦合系数为2.5时,孔间裂纹最多,孔间峰值有效应力相比于其他情况高出1.16～1.45倍;当不耦合系数为2.5,侧压力系数分别为0.5、1.0、2.0、4.0时对应的最佳炮孔间距为500、600、700、700 mm.不耦合系数选取2.5、侧压力系数为2,炮孔间距为700 mm时的现场试验,顶板裂纹贯穿,液压支柱支护阻力降低20％左右,切顶效果良好.
为研究CO2相变爆破过程中致裂管内压力变化规律,通过现场试验获得压力与时间关系曲线,并且通过改变CO2充装质量、激发药剂质量和泄能片厚度,获得致裂管中压力变化规律,采用试验参数计算出73型号致裂器爆破当量.研究结果表明,致裂管体不同位置处达到的峰值压力不同,最大处峰值压力比最小处峰值压力高1.30～1.67倍;爆破过程致裂管中压力变化分为4个阶段,泄压阶段极为迅速,在数微秒间,并且随CO2充装质量增大而增加;在CO2充装质量1 100 g、激发药剂质量180 g和泄能片厚度4.0 mm条件下,该型号致裂器爆破当量最大为0.378 kg乳化炸药,研究成果为工程应用提供技术参考.
为了研究浅埋条件下装药爆炸产生的爆坑和冲击波,通过国内外文献调研,从爆坑形成过程、爆炸冲击波传播特性、多参量(土体性质、装药埋深及装药自身属性)对爆坑和爆炸冲击波特性的影响进行分析总结.概述了可预估爆坑参数的经验公式以及可表征爆炸冲击波传播特性的经验模型,根据爆坑和爆炸冲击波的研究不足提出了相应的研究建议,并在此基础上展望了该领域发展趋势,为深入研究浅埋条件下装药爆炸威力、摸清弹药浅埋爆炸的威力底数提供借鉴,研究结果可为其他研究者提供参考.
为探究空孔的存在对预裂爆破裂纹产生与扩展等爆破效果的影响,拟建立混凝土模型,在不耦合系数为2的情况下,设置无空孔与不同炮孔—空孔距离(80、100、120 mm)的对照组进行爆破试验.基于混凝土模型爆破试验、ALE和Lagraner算法,构建了预裂爆破数值模型并采用LS-DYNA软件对模型进行解算,研究表明:合适的炮孔—空孔距离有利于良好爆破轮廓面的形成,还能减少对主爆区或保护区过度破坏;中间空孔对爆炸应力波具有一定的偏转作用,能有效控制裂纹的产生与扩展;到达空孔处的爆炸应力波越大,"空孔效应"越明显,反之"空孔效应"越微弱.本文为探究性研究,可为类似开挖轮廓面工程的实施提供参考和借鉴.
鞍钢露天矿山既有采空区形态复杂,为研究采空区形态对爆炸荷载的响应差异,分析损伤破坏模式,基于相似原理制备了长方体、三棱柱体等两种预置空区模型试件,进行爆炸试验,并采用三维数字图像方法(3D-DIC)记录爆炸过程中试件的破坏演化情况.结果表明:试件预置空区形态对爆炸荷载的响应特征有明显影响,长方体空区破坏程度远小于三棱柱体空区;根据应变变化,裂纹向周边区域扩展时,该区域应变增大;裂纹贯通趋向关键点在空区结构的尖点部位附近;空区的尖点结构数量越多,受爆炸荷载作用时越容易失稳破坏.试验结果可为露天矿山中采空区的爆破处理方案优化提供参考.
为减小超挖带来的不良影响,提高隧道超挖预测精度,提出一种基于ALO-ELM隧道超挖预测及其影响因素敏感性分析方法.首先,综合分析了影响隧道超挖的爆破参数等可控因素以及围岩体条件等不可控因素;其次,为克服极限学习机(ELM)易陷入局部最优解的缺点,建立了蚁狮优化算法(ALO)-ELM隧道超挖预测模型,将7个主要影响因素作为预测模型输入量,隧道超挖量作为模型输出量,并用余弦值振幅法对影响因素进行敏感性分析.结果表明:该模型的均方根误差RMSE、决定系数R2以及方差比VAF分别为0.48％、0.92％和94.68％,均优于现有的预测模型,说明该模型能有效、准确地预测隧道超挖,并通过敏感性分析结果可知,钻孔率SD为最重要影响因素,该模型为准确预测隧道超挖提供新的思路与方向.
为研究冻融岩石在动荷载作用下的损伤破坏特征,基于岩石动态变形破坏全过程,将岩石弹塑性和应变软化特征概化为损伤特性,应变率效应描述为黏滞性,建立冻融条件下岩石的动态损伤本构模型;根据应力-应变曲线峰值点处的几何条件,确定模型参数的理论表达式;理论表征冻融与动荷载损伤的耦合效应,探讨不同冻融次数及应变率下岩石的损伤破坏特性.研究表明:随冻融次数的增加,岩石抗冻系数呈减小趋势;冻融前期,抗冻系数随应变率的增大而降低,但随冻融次数的增加,不同应变率下抗冻系数曲线相继相交,相交后抗冻系数随应变率的增大而增加.岩石动态抗压强度与动弹性模量受冻融和应变率作用的共同影响,但导致的效应相反,且动弹性模量对应变率的敏感性较小.冻融-动荷载的共同作用加剧了岩石的受损程度,其耦合效应又使岩石的受损程度有所减弱.损伤曲线近似"S"型演化,较好地反映了冻融岩石动态变形破坏全过程;应变率相同时,总损伤值随冻融次数的增加而增大,但在变形后期,损伤曲线相交后呈相反规律,表现出明显的塑性特征;冻融次数一定时,总损伤值随应变率的增加而依次减小,表现出应变率强化效应.所构建的损伤本构模型理论曲线与试验曲线吻合良好,表明模型较为合理,能够准确描述冻融条件下岩石的动态变形破坏过程.
为了研究钢筋混凝土柱在近爆作用下的损伤,以钢筋混凝土单层排架结构厂房中的支撑柱和抗风柱为研究对象,设计缩比构件并开展了 10种工况的实爆试验,观测试验构件的破坏模式与宏观毁伤特征.得到了圆柱形装药近距离爆炸作用下,支撑柱试验构件的毁伤判据:当比例距离Z≤0.20 m/kg1/3时,柱遭受完全毁伤;当比例距离0.20 m/kg1/3＜Z≤0.30 m/kg1/3时,柱遭受重度毁伤;当比例距离0.30 m/kg1/3＜Z≤0.40 m/kg1/3时,柱遭受中度毁伤;当比例距离Z＞0.4 m/kg1/3时,柱遭受轻度毁伤.分析了钢筋混凝土柱毁伤的其它影响因素,同一比例距离下圆柱形装药的破坏作用大于球形装药,支撑柱的抗爆性能优于抗风柱;提出了钢筋混凝土柱破坏等级的划分依据.研究结果可为开展大型工业厂房目标毁伤评估、结构抗爆设计等提供参考.
爆炸地冲击是指地下或地面发生爆炸时由冲击波的压缩和推动作用引起的强烈地运动,与天然地震相比,具有幅值高、衰减快、频率高和持续时间短的特点.准确计算爆炸地冲击载荷,对隧道、核电站、人防工程等建筑在爆破施工、导弹攻击等极端环境下的动态响应分析与损伤评估十分重要.半个多世纪以来,国内外已经对爆炸地冲击载荷的计算开展了大量研究,本文对此进行了梳理和汇总,对比分析了爆炸地冲击峰值载荷的经验公式,归纳总结了爆炸地冲击反应谱的设计和时域过程的计算方法.通过总结和比较发现,建立关于爆炸地冲击载荷的广泛实验数据库和普遍适用的智能算法预测模型、开发高精度数值算法和岩土介质本构模型、以及构造符合爆炸冲击物理规律的功率谱和反应谱模型是未来研究的重要趋势.
为了研究综合管廊燃气仓内天然气爆炸对管廊结构的影响,利用LS-DYNA非线性动力分析平台,建立了三仓室圆形截面的综合管廊模型,模拟了燃气仓内3种爆炸气体体积工况下的爆炸过程.研究结果表明:随着燃气仓内爆炸气体体积增大,管廊结构的破损也愈加严重,燃气仓内结构角节点处易发生应力集中现象.同种工况下燃气仓、电力仓和综合仓角节点处应力及速度均最大,爆炸过程中微小裂缝由燃气仓处最先出现随后逐渐扩散至侧壁以及顶板中心处,燃气仓顶板中心处速度大于左侧壁中心处和下侧壁中心处,说明燃气仓顶板处破坏最严重.为此在实际工程中应适当对燃气仓内各板中心位置做好加固,在角节点处做加腋处理.
