节理性质对岩体爆破破坏模式影响的数值分析

针对目前常用的有限元和离散元等数值方法难以客观反映岩体中存在的大量断续节理和在外力作用下岩体破碎及块体运动的不足,提出了采用数值流形方法以解决目前岩体爆破模拟中存在的上述问题.数值流形方法采用数学网格与物理网格以形成求解流形单元,因而很容易反映岩体中存在的众多初始节理,采用断裂力学准则以模拟节理、裂纹扩展,采用DDA中的块体运动学理论以模拟块体运动.最后通过算例对比分析了完整岩体和节理岩体爆破破坏模式的差异,说明了节理存在对岩体爆破破坏模式有着重要影响,且其影响程度与节理的几何分布及物理力学性质有着密切关系.     

动态卸荷作用下节理围岩损伤过程研究

为了探明节理岩体中的巷道爆破开挖后的卸载机理,为实际工程提供理论依据,本文基于离散元数值模拟方法,分析了考虑爆破荷载深埋矩形巷道节理围岩的损伤过程。结果表明:高地应力条件下,爆破开挖会在节理围岩中诱发显著的松动效应,导致洞壁附近形成远大于静态塑性区的动态松动损伤区,使得最终屈服区以外的节理面强度和渗透性等力学参数发生劣化;受爆破荷载的影响,岩体的回弹将产生较大的振动速度,达到m/s量级,是洞壁附近节理面损伤的主要来源;节理的组合方式也会对节理松动产生较大的影响,当节理夹角接近60°时,围岩最容易破坏。     

冲击荷载下钢筋混凝土缺口梁破坏模式的试验研究

钢筋混凝土梁在使用过程中内部的微裂缝和缺陷逐渐衍生扩展导致混凝土发生开裂。冲击荷载下钢筋混凝土缺口梁的承载性能和能量耗散与无缺口梁明显不同。为了合理评估钢筋混凝土缺口梁的抗冲击性能,利用落锤冲击试验机对不同配筋率的钢筋混凝土缺口梁进行了动态三点弯试验。通过对比分析冲击过程中锤头冲击力、支座反力和跨中位移,探讨了冲击速度对钢筋混凝土缺口梁破坏模式、承载力和能量耗散的影响。试验结果表明：钢筋混凝土缺口梁的破坏模式随着冲击速度和配筋率的增大由弯曲破坏逐渐转变为弯剪破坏;弯曲/弯剪破坏模式下支反力最大值和静态抗弯/抗剪承载力的比值与冲击速度呈线性增长关系;将支反力-跨中位移曲线简化为平行四边形后分别建立了静态抗弯/抗剪承载力与冲击速度的经验公式,为合理评估钢筋混凝土缺口梁的抗冲击性能提供参考依据。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应与破坏模式的数值分析

在爆炸荷载(尤其是脉冲荷载)作用下,除了常见的弯曲破坏形态之外,钢筋混凝土结构还可能发生直剪破坏和弯剪破坏。如何准确地预测爆炸荷载作用下的钢筋混凝土结构动态响应和破坏特征是当前抗爆结构领域十分关注的课题之一。该文介绍作者近年来在这方面的一些研究成果,主要有:将三参数形式的应变速率型材料模型推广应用于二维状态下的混凝土本构关系,建立了弹粘塑性混凝土结构有限元分析方法;基于Timoshenko梁理论和弹粘塑性理论,分别采用有限差分法和有限元法,建立了土中浅埋钢筋混凝土结构动力响应和破坏模式的有限差分和有限元分析方法。对爆炸荷载作用下的典型钢筋混凝土结构计算结果表明:基于Timoshenko梁理论的有限差分分析方法和有限元分析方法能较好地模拟梁的动态响应和弯曲、弯剪以及直剪的破坏模式,而二维弹粘塑性混凝土结构有限元分析方法只能较好地模拟梁的弯曲破坏模式。     

冲击作用下煤岩动态破坏机理的FDEM模拟研究

为研究煤岩的动态破坏规律,利用Φ50 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置,开展了煤岩冲击破坏试验。基于零厚度的内聚力单元建立了煤岩有限离散元方法(finite discrete element method, FDEM),标定了模型参数;最后在LS-DYNA软件平台上模拟了SHPB冲击试验,讨论了FDEM模型在模拟动态破坏时的适用性,并对煤岩的破坏过程进行分析。研究表明：(1)煤岩动态抗压强度与应变率满足经验关系,当应变率为98.05 s^-1、119.22 s^-1和135.85 s^-1时其动态强度因子(dynamic strength factor, DIF)分别为1.92、2.08和2.23;(2)冲击作用下煤岩的弹性变形阶段较短,塑性变形能力较强,动态弹性模量的应变率相关性不显著;(3) FDEM模型通过零厚度内聚力单元的失效能够模拟岩石类材料的脆性破坏,当网格尺寸合理时,由于惯性效应的存在,通过准静态试验标定的模型参数,也适用于冲击破坏的模拟;(4)冲...     

低速冲击下RC梁的动态响应和破坏机理研究

考虑材料非线性和应变率相关性等因素的影响,运用LS_DYNA非线性有限元软件对RC梁横向低速冲击试验进行了数值模拟,从动态损伤扩展、冲击能量转化等方面研究了RC梁的冲击响应过程和破坏机理。结果表明：RC梁的冲击响应过程可分为局部响应、整体响应和回弹变形三个阶段;RC梁的损伤主要发生在局部响应阶段,梁体变形主要发生在整体响应阶段;局部响应阶段的冲击力完全由梁体惯性力平衡,整体响应阶段的变形模式和截面弯矩分布与刚塑性模型基本相同;受拉钢筋变形耗能是RC梁最主要的冲击耗能机制。     

石灰岩在爆炸载荷作用下的破坏机理试验研究

为了探讨岩石在爆炸载荷下的力学特性和破坏机理,采用耦合填塞装药、耦合无填塞装药和不耦合填塞结构模拟了爆炸应力波和爆生气体的不同加载强度,在石灰岩中进行模拟爆破试验,对爆炸应变波及其参数、以及爆破后岩石内部的声波速度进行了测试.基于模拟爆破试验结果,对石灰岩的力学特性和爆破损伤程度进行了分析,得到了岩石在不同爆破条件下的爆破损伤和破坏规律.     

非均匀荷载作用下层状岩体矩形裂隙力学特性分析

该文采用已发展的层状材料基本解对偶边界元方法,分析了层状裂隙岩体的力学特性。在分析无限域层状岩体中裂隙时,该对偶边界元方法退化为间断位移法。在建议的间断位移法中,只需沿裂隙一个面离散,采用9结点等参单元和非连续单元离散裂隙面。采用建议方法计算了作用有非均匀荷载矩形裂隙的间断位移。利用裂隙尖端附近的间断位移值,计算了应力强度因子。给出不同岩性组合情形时矩形裂隙应力强度因子的分布规律。     

台风作用下大型风电结构破坏模式研究

针对沿海风电场及风电结构数量快速增长、结构频遭台风破坏问题,采用不随高度变化的台风脉动风功率谱,基于线性滤波法与竖向相关性简化表达式模拟沿海某风电场台风风场模型,并通过功率谱密度函数验证其准确性。建立风电结构-桩基础耦合有限元模型,计算风电结构在上、下限台风风速条件下动力响应时程,分析极端风况下风电主体结构可能破坏模式。结果表明,塔筒屈服区域集中在塔筒底端约4 m高度范围内,呈锥形分布。塔筒底端与基础预埋环连接处最不利。在上限台风风速条件下,塔顶水平位移超出容许值。两种风速条件下,最不利单桩轴力均未超出限值。该方法可为研究风电结构在极限风况下非线性倒塌奠定重要基础。     

落锤冲击作用下钢筋混凝土短梁响应及破坏试验研究

钢筋混凝土短梁是建构筑物的关键承力构件,为研究其在冲击荷载作用下的动力响应及破坏机制,结合应变式传感器、高速摄影、数字图像技术(DIC)等测量手段,开展了不同冲击体质量、冲击速度和冲击能量下的落锤冲击试验。结果表明：(1)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁破坏形式表现为拱形震坍裂缝和整体弯曲变形,与浅梁破坏形式有明显差异;(2)钢筋混凝土短梁跨中轴向应变由拉应变转为压应变,随着冲击能量增加(18 061 J≤E≤49 831 J),跨中轴向峰值拉应变、残余压应变均先增大后减小,钢筋混凝土短梁依次处于弹塑性挠曲变形、冲剪破坏模式阶段;(3)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁的裂缝萌生和扩展过程并不是单向的,裂缝多次多向扩展形成裂缝带,进而形成塑性铰,导致短梁整体破坏;(4)梁体变形程度主要取决于冲击速度而非冲击能量,具体表现相同冲击能量(30 000 J)下,随着冲击速度增加(5.53 m/s≤v≤7.13 m/s),梁体跨中峰值挠度和残余挠度相应增大(26.81 mm≤w_p≤29.85 mm; 17.12 mm≤w_r≤21.66 mm)。研究成果可为钢筋...     

不同形貌节理对应力波传播影响的数值模拟

用3DEC离散元软件对一维正弦纵波在无节理有限长及有一节理有限长岩杆中的传播进行标定,确定建模的单元网格尺寸、边界条件等参数。然后对一维正弦纵波在含量化的不同粗糙度节理面的岩杆中传播进行数值模拟,探究应力波穿过不同形貌特征的节理时的透反射规律。分析模拟结果发现:节理面粗糙度JRC值相同,相对节理初始法向刚度不同时,随着刚度系数的增加,透射过节理面的应力波越多,在α0.5时,透射系数值增加较快;在α0.5时,透射系数值增加较慢,逐渐趋近于1。同一刚度系数α值下,随着节理粗糙度JRC值的增加,透射系数增大,当α1.5时,透射系数趋于稳定。     

岩体结构面对爆破地震波传播规律影响分析

为探索岩体结构面对爆破振动速度峰值、主频和信号中的能量分布等的影响,在钻沟石灰石露天矿爆破生产现场进行爆破振动测试。分别采用小波包分析和ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件对结构面影响下的爆破振动信号和爆破振动传播规律进行分析研究。小波包分析结果表明,当地震波穿过结构面时,爆破振动频率介于0~15.6 Hz之间的能量占爆破地震波能量比例随之增加,增幅达63.1%,而振动频率介于15.7~31.3 Hz之间的能量比例随之降低,降幅达56.9%。数值模拟结果表明,爆破地震波在未穿过结构面之前和穿过结构面后,振速峰值没有明显的衰减;而穿过结构面时,振速峰值衰减明显,其平均减震率为40.66%。此外,地震波在坡体内受高程和结构面双重作用,导致其放大系数呈先增大后减小的趋势。     

直达波和反射波在地层中的传播规律研究

研究地震波在地层中的传播规律对于工程地震勘探具有重要的意义.采用离散元方法建立了无节理岩体和含一条节理岩体的数值计算模型,分析了直达波和反射波在地层中的传播衰减规律及两者之间的关系.相比无节理岩体,含一条节理岩体具有明显的反射波;直达波的频带宽度随爆源距离的增大而变窄,直达波在地层传播过程中,高频成分损失严重,保留了低频成分;相比直达波,经过衰减后的反射波频带能量分布较均匀;爆源距离大于一定值后,直达波和反射波的振动主频趋于稳定;直达波振动能量越大,反射波振动能量越大.     

超声波振动凿岩机探讨

本文分析了现行凿岩机存在的问题 ,提出了用超声波作振力源的超声凿岩机 ;介绍了超声发生器、变幅杆的原理与性能 ,讨论了超声凿岩机的应用前景。     

爆破地震波传播特性研究

本文根据李家峡工程爆破震动实测数据 ,研究了在该条件下爆破地震波地表峰值强度的衰减规律 ,得出质点和速度及其频率与药量和距离间的关系式 ;分析了断层对爆破地震波幅值和频率等的影响 ;还研究了爆破地震波在岩体内部传播的规律与特征 ,并与地表波进行比较。     

爆破应力波的传播及其远区破坏效应研究现状述评

从研究爆破应力波的远区传播机理和确定其破岩效应出发,介绍了爆炸应力波的传播及其破岩效应研究从简单到复杂、从理想化材料到尽可能与现实实际相吻合的材料、从近到远的研究历程,及其各阶段取得成果与不足.认为目前的研究已由过去尽量简化岩性(弹性均质体)和爆源(球状药包),向尽量反应炸药爆炸与装药结构特征、反应岩体现状与本性的方向发展;由以破岩为目的,向爆破后续的安全问题发展.并为研究爆破对保留岩体的影响及其稳定性,提出了今后应加强工作的具体意见.     

岩石材料损伤与应力波参数关系研究

为了研究应力波参数对岩石材料损伤与破坏的作用规律,采用 75 mm大直径 SHPB试验装置以不同子弹长度和不同冲击速度对岩石试件荷载,并用RSM-SY5声波仪测试岩石试件被冲击前后的纵、横波速,研究了岩石材料损伤与应力波波长和波幅的关系.结果表明:岩石在相同应力波波长下,入射波幅值、弹性模量、损伤程度及所受应力随子弹速度的增加而增加,破坏应变随着入射波幅值的增大而减小;岩石试件在相同应力波幅值下,其所受最大应力、弹性模量和损伤程度随着应力波波长的增大而增大,破坏应变随应力波波长的增加而减小,应力波波长每增加1/2,试件损伤增加0.03左右.     

爆炸应力波在含层理介质中传播规律的实验研究

采用超高速数字图像相关实验系统,进行了爆炸应力波在含层理结构的PMMA试件中的传播试验,分析了全场应变的演化过程和相关测点的应变时程变化。实验结果表明:爆炸应力波在含有层理的介质中传播时,层理远区的应力波衰减幅度比层理近区的应力波衰减幅度大。通过应变云图的演化过程发现,应力波遇到层理后会发生反射,入射拉伸波与反射拉伸波叠加形成了较强的拉伸集中区,并沿着层理向两端扩展逐步减弱。此外,通过数据拟合得到了层理内、外侧的应变峰值衰减规律,应变峰值的衰减随距离基本是线性的,且层理内侧的应变衰减速度大于层理外侧的。     

砂土层中爆破地震波传播特性研究

文章根据沈阳宾馆拆除爆破等工程测得的爆破振动数据,经过对地震波幅值、频率和持续时间的分析,得出了爆破地震波在砂土层中传播的特性规律,对确定在类似传递介质中的爆破振动极限值具有借鉴意义.     

弹性波在锚杆锚固体系中传播规律的研究

通过理论分析，研究了波在锚杆体内波动能量的外泄特征，研究了弹性波在锚杆、岩土介质及其耦合体系中的传播规律，得到了波在锚固体系中的衰减规律及传播机制．为锚杆锚固质量的无损检测提供了重要的理论依据．