深层岩体松动爆破中不耦合装药效应的探讨

基于冲击波在交界面两侧压力和速度必须各自相等的连续性条件,求解爆轰产物中适用的反射波方程和介质中适用的冲击波方程,得到药包周围介质中冲击波的初始参数.通过波的传播机理,把集中药包应力波随距离的衰减公式扩展到延长药包,并计算耦合与不耦合装药爆破时距爆心相同距离处岩石中冲击波的参数.由计算结果可知:(1)耦合装药爆破时形成的冲击波压力超过岩石抗压强度极限几十倍以上,药包周围岩石形成粉碎区;(2)与耦合装药爆破相比,不耦合装药爆破可以降低孔壁处岩石中冲击波初始压力,但可以增加孔壁后岩石中的冲击波压力.合理的不耦合系数,可使岩石不形成粉碎区,大幅度减少能量耗散;(3)水一般认为是非线性弹性介质,因此水介质成为炸药爆轰产物与岩石间的弹性缓冲层,增加了能量传递,延长了冲击波作用时间,加大了爆炸的作用范围.     

用测井资料估算岩石力学性质参数的方法介绍

本文简要介绍了动态弹性参数和岩石内在强度(初始切变强度、单轴压缩强度和抗拉强度)。储集层的应力及断裂压力(初始断裂压力和断裂再开口压力)等参数的计算,展示了用MECHPRO程序计算的实例,讨论了这些参数的应用。     

爆炸波在高饱和度饱和土中传播规律的研究

通过在? 2.5×5 m模拟爆炸装置中进行饱和土爆炸试验,得到了变埋深条件下饱和土中的压力实测波形,实测到了冲击波和弹性波,二者之间具有较明显的分界,爆炸近区和远区荷载形式具有较大的区别。通过综合分析给出了饱和土中波的传播规律,揭示饱和土中爆炸冲击波传播时出现流体动力区和冲击波形成等性质,建立了饱和土双线性递增硬化本构关系,确定了由冲击波向弹性波转换的分界压力。     

各向异性初始应力状态下圆柱孔扩张理论弹塑性分析

传统的圆柱孔扩张理论假定初始应力为各向同性的。在城市地下管道的铺设、隧道工程等的水平掘进施工过程中,圆柱孔受到的初始竖向应力不等于初始水平应力,并不满足各向同性初始应力条件。考虑土体的各向异性初始应力条件,假定土体满足Mohr-Coulomb屈服准则,推导了各向异性初始应力状态下的圆柱孔扩张问题弹塑性解答。算例计算结果表明：土性参数一定时,在相同内压力作用下,各向异性初始应力状态下的圆柱孔扩张形成的塑性区半径大于各向同性初始应力状态下的圆柱孔扩张的塑性区半径,但前者的极限扩孔压力小于后者。     

基于连续损伤的水平井射孔-近井筒三维破裂模拟

射孔作为井筒与储层之间的液流通道,是水力压裂过程中的重要可控性参数。为研究水平井射孔-近井筒破裂机制,采用岩层变形-流体渗流方程描述应力状态变化,应用连续损伤破裂单元表征三维破裂位置与形态演化,并开发有限元求解程序模拟分析了射孔对水平井初始破裂压力、破裂位置及近井筒裂缝复杂性的调控作用。通过与解析模型及射孔压裂物理模型试验结果对比,验证了模型及有限元程序的有效性;水平井破裂压力数值分析结果与现场测试数据吻合较好。研究表明：射孔可调控水平井破裂压力与初始破裂位置,同时对近井筒区域裂缝扩展形态影响显著。通过优化射孔参数可以引导初始破裂向最优破裂面扩展、有效降低破裂压力,减小由于螺旋射孔空间排布引起的水平井近井筒裂缝迂曲与复杂程度,提高致密油气藏压裂改造效果。     

加荷模式对海积软黏土结构损伤性状的影响分析

以天津海积软黏土为研究对象,对原状土及重塑土进行了不同固结压力、应力路径、加荷速率、排水条件下的三轴剪切试验,以应力比结构性参数与应变的关系来描述结构性衰减,研究了不同加荷模式下的结构损伤特性。结果表明,固结压力小于结构屈服应力时,剪切阶段的初始结构性和损伤速率基本不受固结压力影响,固结压力大于结构屈服应力时,初始结构性和损伤速率则随固结压力的增大而减小;在0相似文献   

煤层气井实际解吸阶段影响因素及意义

为了明确煤层气井解吸段数的确定方法及影响因素,基于前人提出的解吸阶段划分方法,提出了实际解吸段数概念和相应的确定方法,基于沁对水盆地和鄂尔多斯盆地东缘煤层等温吸附参数和解吸压力数据研究,了解吸段数的影响因素及意义。结果表明,此次所提方法能够有效确定煤层气井解吸段数并估算初始解吸效率,煤层气井实际解吸阶段由兰氏压力、兰氏体积和解吸压力决定。兰氏体积增加,解吸阶段减少,解吸效率增加;兰氏压力增加,解吸段数先减少后增加,初始解吸效率先增加后降低。解吸压力越高,煤层气开发经历的解吸阶段越多,初始解吸效率越低。实际解吸阶段是煤层气储层评价的有效参数,沁水盆地南部煤层气井只有1～2个解吸阶段,大部分处于敏感解吸阶段,总体解吸效率较高。鄂东缘煤层气井一般有3～4个解吸阶段,解吸效率整体较低。     

地层渐进成拱对浅埋隧道上覆土压力影响研究

砂土及完整性较差、黏聚强度较小的破碎岩体中,浅埋隧道地层拱作用机制随地层变形发展而变化,受此影响隧道松动土压力也相应变化。常规方法忽略了地层拱不同阶段力学机制的不同,同时未考虑剪切面转动与大主应力旋转之间的相互关系,因此,不能解决浅埋隧道地层能否成拱、地层拱何时贯通至地表以及地层拱发展对隧道松动土压力影响等问题。针对这一情况,提出渐进地层拱力学模型以反映不同阶段地层拱的力学机制;其次,同时考虑主应力旋转、剪切面转动及二者相互关系,确定拱内土体应力分布;随后,优化了传统主应力偏转与地层差异沉降间的数学模型。在此基础上确定了渐进地层拱对隧道松动土压力的影响。改进方法结果与传统方法结果及试验结果的对比验证了改进方法的有效性与适用性。通过参数分析研究了隧道初始松动压力、随地层变形发展的松动压力以及地层拱贯通至地表时的极限变形等关键参数。最后,对下北山超大跨浅埋隧道的研究说明了改进方法的实用性。结论显示：（1）初始松动压力为初始松动区内土体重力,初始松动区范围不受覆跨比影响,而受地层强度影响,随内摩擦角增加而减小;（2）最大拱效应阶段以后,松动土压力随地层变形发展而增加,深埋、小跨度隧道（ ）增长速率较慢,反之较快;（3）极限变形随覆跨比、内摩擦角增加而增加,深埋、小跨度隧道地层拱效应更明显;（4）对于下北山隧道,初始地层拱存在,初始松动土压力为0.37 ,极限松动土压力为0.41 ,最终松动土压力为0.54 ,隧道变形应控制在5.7%以下避免地层拱贯通至地表。     

三向压力盒的嵌入效应及其应力测量特性模拟

三向压力盒的成功研制为深部软岩巷道围岩的地应力测量提供了一种新的方法。然而,三向压力盒的使用会与土压力盒的使用产生类似的问题,即压力盒埋设必然会改变介质的初始应力场,引起应力集中和应力重分布现象,导致压力盒实测结果与介质初始应力场关系的重大不确定性。为了解三向压力盒嵌入对介质初始应力场的扰动规律及其自身的应力感知特性,采用数值软件模拟三向压力盒嵌入介质后的应力场分布。考虑不同应力状态和弹性模量比(三向压力盒和介质)条件下介质主应力场的重分布特征以及三向压力盒的各部件的受力特性,揭示初始应力状态和弹性模量比对介质主应力场和三向压力盒受力特性的影响规律。在此基础上,根据三向压力盒承载面的实测应力随介质的初始应力状态和弹性模量比的变化规律,建立三向压力盒实测应力与介质初始应力状态以及弹性模量比的数学关系。良好的拟合结果表明,提出的数学表达式能够反映三向压力盒实测应力与介质初始应力状态的关系。     

重塑膨胀土三向膨胀变形试验研究

以广西宁明灰白重塑膨胀土为研究对象,运用自制膨胀土三向胀缩测试仪开展了不同初始含水率和三向压力的膨胀试验,研究了初始含水率和三向压力对胀限、三向膨胀率的影响规律。试验表明,三向等压时,竖向的膨胀率始终大于水平向膨胀率,比值为1.21～1.27,该比值与初始含水率、三向压力无关;三向膨胀时程均可以分为快速膨胀、缓慢膨胀和趋于稳定3个阶段;胀限与三向压力的对数线性相关,与初始含水率无关;相等初始含水率和干密度条件下,三向膨胀率均与三向压力的对数线性相关。     

竖井内爆炸动力响应分析

系统地分析了内爆炸条件下冲击波在竖井内的传播和反射规律,并基于经典弹性理论,建立了动力平衡方程,推导出了竖井井壁动力响应的计算表达式,得到了竖井侧墙最大径向位移和最大内力分布。计算表明：竖井侧墙最大径向位移出现在竖井中间的某处位置,具体与点源爆炸物高度有关,随着爆炸高度的增加,最大径向位移出现的位置也在向井口方向移动,但是幅值大小有所减小。     

空气间隔装药爆破机理研究

利用爆轰波理论分析了空气间隔装药炮孔内一维不定常激波的相互作用及其在炮孔堵头、孔底的反射过程,同时分析了孔内各点的压力随时间的变化过程,介绍了空气间隔装药爆破的机理及设计参数。基于此,认为应充分利用空气间隔爆破结构的优势,并在梯段爆破中满足以下两个条件：（1）在设计过程中要尽量使稀疏波及从孔底反射的稀疏波传播过程能在整个孔内每一断面都作用到,即稀疏波到达孔底的时间要比从堵头反射的压力波到达孔底要早;（2）反射压力波应该到达空气与爆生气体接触面的时间比从孔底反射的稀疏波到达空气与爆生气体接触面的时间要早。由此通过计算得到了在梯段爆破工程中合理的空气层长度比例值约为30 %～42 %。计算结论与已有实测成果基本一致。     

损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数研究

岩体条件复杂多变,为了提高光面爆破的适应性、改善光面爆破效果,对损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数进行研究。通过对深部岩体巷道光爆层原岩应力场、光面爆破机制和振动损伤特征进行分析,基于爆炸应力波和爆生气体综合作用理论,考虑高原岩应力和岩石损伤影响,提出了损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数确定的计算方法。研究表明, （1）高原岩应力相当于提高了岩石的抗拉强度,不利于炮孔初始裂纹的形成及贯通,宜减小周边眼间距;（2）岩石损伤后,其他条件不变,光面爆破的炮孔间距和抵抗线值可适当加大;（3）高原岩应力和损伤条件下,光面爆破的炮孔间距较小时,容易造成爆后围岩损伤,降低围岩的稳定性能,因此,提高爆破效果的同时应及时加强支护,以确保施工安全和围岩稳定;（4）本文提出的光面爆破参数计算公式,经现场爆破验证效果良好,适用于复杂多变的岩体环境。     

饱和钙质砂爆炸密实动力特性试验研究

开展饱和钙质砂爆炸密实动力特性试验研究,探索饱和钙质砂爆炸密实机制和密实效果,对钙质砂地层中进行的工程建设有重要的理论意义和工程实用价值。通过控制爆炸参数,测试不同参数作用时钙质砂爆炸前后声波特性和表面沉降规律,揭示饱和钙质砂爆炸密实动力特性。试验结果表明：钙质砂高孔隙比和颗粒破碎特性对爆炸密实效果有重要影响。爆炸密实作用后,在爆炸近区,钙质砂颗粒受到较强爆炸冲击作用,导致钙质砂颗粒破碎而形成破碎区和压缩区,压缩区随着时间的推移有松弛的趋势,钙质砂颗粒结构重新固结过程在爆炸后2 h内基本完成。     

岩石中柱状装药爆炸能量分布

岩石中装药爆炸产生的爆破能量可分为爆炸冲击波能量和爆生气体膨胀能量。对爆炸能量分布的理论分析有助于改善爆破效果,提高爆破质量。在柱状耦合装药情况下,分析了冲击波作用下岩石变形和破坏的特点、爆生气体对爆腔的扩腔作用,考虑了在岩体的损伤情况下爆生气体对裂纹的驱裂作用。计算结果表明：埋深在临界深度以下时,岩石中柱状装药爆破冲击波做功消耗的能量约占爆炸总能量的40 %,剩余爆生气体能量中用于扩腔和扩展主要裂隙的能量约占总能量的23 %,剩余大约37 %的能量中有小部分能量用于新增裂纹数目,而大部分损失掉了。     

高压脉冲放电技术对桩径影响的研究

高压脉冲放电技术可利用液电效应产生的冲击波,在钻孔局部产生扩孔段,通过灌注水泥而形成异径扩底桩。主要介绍了高压脉冲放电技术的扩底成桩机理、成桩过程以及对桩径的影响情况,并研究了冲击波、蒸汽膨胀压力对桩径的作用。利用新引进的高压脉冲放电装置进行现场试验,试验结果表明,理论公式计算结果基本与试验结果符合。     

新型锚固类结构抗爆性能数值分析

采用LS-DYNA有限元软件,对分别使用单一锚固结构和新型复合锚固类结构加固的洞室在抗爆炸荷载作用下的性能进行了数值模拟。分析了在爆炸条件下应力波传播及爆坑形成过程、爆炸近区围岩中的压力波和复合锚固结构构造措施断裂缝形成过程,与试验结果的可靠性相互验证,并对其作用机理得出一些初步认识。结果表明：两个模型的计算爆坑大小与试验结果基本吻合;复合锚固构造措施段使得锚固区外的介质内出现了局部自由面,当爆炸应力波经过自由面时产生反射拉伸波在此处产生了裂缝;复合锚固结构洞室拱顶垂直向振动加速度峰值比单一锚固结构洞室的约小23.7 %;单一锚固结构洞室比复合锚固结构洞室更容易出现结构性的冲切破坏和拉伸剥落破坏。     

深部洞室围岩分区破裂化的冲击破坏机制研究

提出了深部洞室围岩分区破裂化的冲击破坏机制。即在岩体开挖引起的围岩应力重分布过程中,径向应力波波前产生应力不连续间断面,当波前应力降满足一定条件时,产生局部冲击破坏。根据弹性动力学理论,应用位移势函数,通过Laplace变换简化计算,推导了洞室开挖瞬间围岩径向应力场的动力学理论解,得到了发生各次分区破裂化时,波前径向应力降的统一计算公式。根据质点速度、间断面压力降,由动量守恒定律推导了围岩分区破裂化的冲击本构方程和破坏准则,得到了产生冲击破坏的间断面压力降临界值计算公式。给出了分区破裂形成后各破裂区半径的表达式,关系式表明,各破裂区之间存在等比关系,其等比值为 。     

地下工程震波技术与应用

激发的震波在工程岩土体中传播，检测其波动力学参数，来测试岩土体的工程力学性质。原位震波波速测试技术可以对井巷的岩体模量，支护选型，围岩性质进行检测；利用地震勘探，面波勘探方法可以对矿层厚度，超前探测等方面进行有效检测；震波CT、导波勘探等探测方法对于采面内的地质异常探测有较好的针对性；通过声发射检测技术可以解决地下工程安全问题。实际应用说明，震波探测技术从地下工程的开拓掘进，采场形成到采后管理等过程中有着广泛的应用前景。一些技术已作为地下工程中的日常工作加以应用，但进一步的生产应用还需深入研究。