不耦合装药下爆炸应力波传播规律的试验研究

通过室外爆破试验,利用预埋研制的PVDF压力传感器对耦合及水不耦合延长药包装药爆破时爆炸应力波的中远场压力进行测量,拟合实测结果,得到4种不耦合系数下爆炸应力波峰值随传播距离衰减的指数关系式。分析试验结果可知： ①在试验所涉及的范围内,不耦合装药时爆破应力波峰值衰减幅度小于耦合装药（即K =1）时爆破应力波峰值衰减幅度,验证了水介质作为炸药爆轰产物与岩体间的弹性缓冲层作用,减少了粉碎孔壁岩体造成的能量耗散,增加了能量传递,加大了爆炸的作用范围;②当不耦合系数K = 3.29时,应力波峰值衰减指数表现出大于K =1.79及大于K =2.57时应力波峰值衰减指数的趋势,表明过大的不耦合系数造成了不耦合介质--水过多的能量耗散（在高温高压下水并不完全是弹性的）,削弱了不耦合装药爆破的优势;③在不耦合装药爆破中,存在最佳的不耦合系数,此时爆炸应力波峰值衰减最慢,爆炸能得到充分利用,达到最优的爆破效果。研究结果对不耦合装药爆破的设计及工程应用有一定的指导意义。     

岩体夹层应力波能量演化及应力响应特征分析

夹层是常见的地质结构,在地震或爆破荷载作用下,夹层对应力波的传播以及对岩体的响应具有重要的影响。以往对应力波在夹层介质中传播的研究多集中于夹层对应力波的隔振或透射性能,而对应力波在夹层中的多次折、反射过程中能量的演化规律缺乏讨论,对夹层介质的应力响应与破坏没有开展较好地分析。通过理论方法对应力波在夹层内部传播过程中的能量系数的变化规律进行了研究,分析了岩体介质波阻抗和应力波入射角对夹层内外介质中累积波动能量系数的影响规律,以及平面型边坡中软弱夹层的应力响应特征和动态稳定性。研究发现,应力波在夹层内部往复反射过程中,夹层内剩余应力波能量随折、反射发生次数呈指数曲线下降,第4次折、反射后产生的应力波能量可以忽略;夹层内外介质中应力波的累积能量系数的差异随着夹层内外介质波阻抗的相对差异的增大而增大。在平面谐波入射下,边坡内部的夹层中的剪应力和抗剪强度呈波动变化;相对P波,SV波入射会产生较高水平的剪应力,对边坡稳定性影响最大。且SV波入射时,边坡的安全系数对夹层的倾角变化更为敏感,随倾角增大而迅速降低。     

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.     

应力波对裂隙的作用

强大的应力波冲击加载,能使完整介质发生变形,形成新的裂隙,导致破坏。而介质中原有的裂隙,除能提高破碎效率,还能吸收应力波的能量,使得应力波在传播过程中衰减。因此,研究应力波与裂隙的相互作用,对于研究岩石爆破机理、应力波传播规律以及波的反演--材料的动态特性等有着十分重要的意义。本文着重论述了应力波与裂隙的相互作用和裂隙对应力波传播的衰减影响,也综述了当前国内外对此所进行的模型计算和实验技术。     

地应力场下岩体爆体的数值模拟

建立了地应力作用下岩体在爆炸荷载作用下的运动微分方程,并对岩体中的地应力采用隐式分析方法,对爆炸的高速动载作用采用显式分析方法,通过隐式－显式连续求解完成地应力作用下岩体爆炸的数值模拟。数值算例结果表明,近爆腔处,较低的静应力场与较高的动应力场作用时爆炸动态应力波占主导地位,初始应力对爆破应力波影响较小。在远离爆腔处,高地应力存在改变了爆破应力波的传播规律,对爆炸岩体有很大影响。     

粘弹性介质地震波传播特征及反射特征研究

理想弹性介质并不能解决许多复杂的实际问题。在实际介质中,地震波的传播过程存在吸收作用,使地震波能量发生了损耗、频带变窄、相位延迟、频率降低,尤其是高频部份。这种特性可以用传播矢量和衰减矢量来表示,衰减矢量越大,介质的吸收越强。这里通过引入广义平面波、纵横波品质因子以及衰减角,利用应力应变关系和连续性条件,推导了粘弹性介质精确的Zoeppritz方程,并通过求解精确的Zoeppritz方程,分析了粘弹性介质中传播矢量、衰减矢量、纵波反射系数、转换波反射系数与频率、衰减角、入射角、品质因子、速度等物理量之间的关系,详细地了解了粘弹性介质中地震波传播特征及反射特征,为粘弹性介质中储层预测问题的研究提供了理论基础。     

第四章 地震勘探

地震勘探是最重要的物探方法中的一种,它是根据人工激发的地震波在地壳內传播的特点,来研究地壳地质結构的一种方法。一地震勘探的基本原理在地下进行爆炸或用重錘敲击地面时,就产生地震波,它以一定速度向四处传播。設地震波在介质中传播速度为V,在离爆炸点O一定距离r处有一点M,在波到达之前,M点处于靜止状态。在时間     

岭澳核电站二期工程基岩爆破安全阈值分析

核电站基础爆破开挖过程中必须严格控制岩体爆破损伤深度,确保建基面安全。以广东岭澳核电站二期工程基础爆破开挖为例,通过现场爆破振动监测、岩体声波试验以及数值模拟,综合分析了岩体爆炸振动衰减规律和损伤特征,研究了距爆源一定距离处岩体振动速度与损伤特征的关系,提出了岭澳核电站二期工程岩体爆炸损伤深度的控制方法,确定了相应的安全阈值。分析结果表明,岭澳核电站二期工程基础爆破开挖时,当距爆源30 m处的岩体质点振动速度不超过5 cm/s时,可保证下卧基岩的损伤深度小于2 m,确保建基岩完整性。     

弹性模量、波速与应力的关系及其应用

为充分了解不同尺度地质系统的岩石动力学特征,更好利用不同规模勘探资料有效解释地质系统的特征,在岩石物理实验对岩石弹性模量、波速与应力的关系进行研究总结的基础上,探讨野外实际地震勘探中地震波速与地应力的关系。研究表明,岩石、岩体或地质系统是多相(固液气)、多种矿物、各种构造的综合体,不论尺度如何均可以用多重介质孔隙裂隙地质模型描述,而波速是一定尺度不均匀地质体的等效波速,在一定地质条件下,各种尺度介质波速、岩石弹性模量与有效应力存在依存关系。坚硬的岩石通常很脆,如果岩石处于很大的应力之下,应力的释放将在岩石中产生微裂隙,微裂隙会降低地震速度。只要把岩石恢复到原来的应力状态就可能消除所引发的微裂隙。在岩体未达到破坏时,应力越大,波速愈高。压力释放引发的微裂隙有助于现场确定最大/最小水平应力方向,波速的椭圆长轴即为主应力方向。而上覆地层压力不变(或变化很小),净储层压力的影响正好与储层压力对地震特性的影响相反。随着净储层压力的增加,所有岩石的地震特性都增高。这种增高的量级取决于若干其它的因素(孔隙形状、孔隙度、孔隙流体、岩性等等)。不论野外地震勘探还是实验研究,地震波速与地应力的一致性为地质系统的正反演解释提供了宏观控制依据:通过测量弄清     

单程波法地震波衰减特征数值模拟分析

在非均匀粘弹性介质中,地震波衰减研究能够有效揭示地层吸收特性对地震波的影响。这里从单程波方程出发,结合粘弹性介质中的复波数理论,考虑介质的横向变化,采用分步傅立叶波场延拓技术,推导出适用于横向变速介质的带Q地震记录计算公式,最后将此方法应用于四个不同含Q地层模型。试验表明：单程波法计算速度快,波场信息简单清晰,易于深入分析和反演算法的建立。并且,Q值对地震波波形、能量、频率等都产生了较为明显的影响,对实际资料能量补偿、地震资料分辨率的提高,以及利用衰减特征进行储层识别有一定指导价值。     

Propagation Characteristics of Blasting Stress Waves in Layered and Jointed Rock Caverns

The existence of joint fissures makes explosive actions between rock masses more complex. Therefore, it is of great significance to carry out experiments studying blasting stress waves propagating in jointed rock masses. Based on the Froude Similarity principle, the geological mechanical models of intact rock masses and jointed rocks have been proposed. A blasting vibration experiment was carried out and demonstrated that the propagation of the blasting stress waves and changing structures have an important relationship. A numerical simulation of the blasting stress wave propagation law in a layered jointed rock mass was carried out. This study found that with an increase in the joint angle, the peak velocity of blasting stress wave, transmission coefficient and reflection coefficient all gradually increased, while the attenuation coefficient gradually decreased. With an increase in joint spacing, the attenuation rate of the blasting stress waves increased.     

爆破振动对任意形状地下洞室的影响研究

根据应力波理论和复变函数方法,建立了求解爆破地震波作用下任意形状洞室动态响应的解析方法。即通过保角变换的方法,将物理平面上任意形状的洞室映射到像平面的单位圆,将问题转化为应力波与单位圆形洞室的相互作用问题。以爆破地震波与一半圆直墙拱形洞室相互作用为例,求解了不同频率的爆破地震波以不同方向作用于地下洞室时围岩的应力和振速分布,结合围岩的抗拉强度,求解了各种工况下围岩的临界破坏振速。     

采动微地震波传播与衰减特性研究

为分析采动地震波煤岩响应及其波场特性,构建顶板岩层和煤层2种传播介质接收采动地震波的多通道微震监测系统,研究2种介质采动地震波的传播和衰减特征。研究结果表明：顶板岩层接收到采动地震波的平均波速、加速度均高于煤层,2种介质中的地震波加速度均与爆破装药量成正相关,与传播距离、介质密度负相关。采动微地震波能量、信号时长随传播距离分别呈指数、线性衰减,近爆心处煤层传播微地震波能量、信号时长均高于顶板,超过一定距离后顶板高于煤层;采动微地震波传播距离有限,顶板的有效传播距离高于煤层,地震波有效传播距离与爆破装药量线性正相关。采动地震波低频部分的品质因子高于高频部分,顶板岩层的品质因子高于煤层。研究成果有助于地震波传播介质选取、检波器布设优化。     

爆破地震波作用下既有圆形隧道衬砌动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导出无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩和衬砌动应力集中系数的表达式。结合具体算例,分析隧道不同位置上爆破地震波主频、隧道几何参数和隧道围岩和衬砌物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明,爆破地震波主振频率对隧道围岩和衬砌中的动应力集中系数（DSCF）影响较大,隧道不同位置和不同方向应力的动应力集中系数随主振频率的变化趋势不同,低主振频率引起的动应力集中系数较大,不利于隧道的抗爆破振动;隧道几何参数对隧道围岩和衬砌内侧切向应力动应力集中系数影响趋势不同;隧道衬砌弹性模量对隧道结构动应力集中系数影响较大,泊松比次之;泊松比较大的隧道围岩具有一定的抗爆破振动作用,但效果有限。     

爆破荷载应力波在无限弹性介质中传播的特征线法解

双指数爆破荷载的应力时程关系是爆破工程的数值分析常用的动力输入。其在弹性岩石中传播衰减的特征线法解是工程爆破数值分析中弹性以及弹塑性分析的重要参照,也是动力学数值分析算法开发的重要高阶校准工具。应用统一弹性波的特征线法解求解源自圆形孔洞的双指数爆破荷载在理想介质中的传播。介绍了源自圆形孔洞的双指数爆破荷载在周围弹性介质传播过程中的径向应力、周向应力、位移以及速度波的特征线法解的具体过程,在MATLAB中进行了4种波的特征线法解的数值实施。对径向应力、周向应力、位移以及速度波的特征线法解的结果进行了多方面讨论。结果表明,特征线法是求解双曲型偏微分方程的一种有效方法,双指数爆破荷载在弹性岩石中传播衰减的特征线法解可为爆破工程数值分析以及动力学数值分析算法开发提供重要的支撑。     

煤炭地震激发介质与井深的关系

通过地震波在近地表附近双源传递机理的研究,论述了近地表介质与激发井深的关系,研究了利用地震波最大激发能量与地震波最大信噪比选择爆破源地震激发井深的方法。三维地震实例研究结果表明,地震波在近地表附近的双源传递与品质因数是选择地震波的激发井深的重要因素。从实例结果来看,该方法不仅取得了高质量的勘探成果,而且节约了采集费用。     

Multivariate statistical analysis approach for prediction of blast-induced ground vibration

Excavation of coal, overburden, and mineral deposits by blasting is dominant over the globe to date, although there are certain undesirable effects of blasting which need to be controlled. Blast-induced vibration is one of the major concerns for blast designers as it may lead to structural damage. The empirical method for prediction of blast-induced vibration has been adopted by many researchers in the form of predictor equations. Predictor equations are site specific and indirectly related to physicomechanical and geological properties of rock mass as blast-induced ground vibration is a function of various controllable and uncontrollable parameters. Rock parameters for blasting face and propagation media for blast vibration waves are uncontrollable parameters, whereas blast design parameters like hole diameter, hole depth, column length of explosive charge, total number of blast holes, burden, spacing, explosive charge per delay, total explosive charge in a blasting round, and initiation system are controllable parameters. Optimization of blast design parameters is based on site condition and availability of equipment. Most of the smaller mines have predesigned blasting parameters except explosive charge per delay, total explosive charge, and distance of blast face from surface structures. However, larger opencast mines have variations in blast design parameters for different benches based on strata condition: Multivariate predictor equation is necessary in such case. This paper deals with a case study to establish multivariate predictor equation for Moher and Moher Amlohri Extension opencast mine of India. The multivariate statistical regression approach to establish linear and logarithmic scale relation between variables to predict peak particle velocity (PPV) has been used for this purpose. Blast design has been proposed based on established multivariate regression equation to optimize blast design parameters keeping PPV within legislative limits.     

城市地下孤石的地震波场响应特征及其在地震层析成像中的应用研究

城市浅层地质条件复杂,地下孤石是常见的地质灾害体.为降低城市地下空间开发过程中孤石造成的安全隐患,本文通过构建城市地下孤石的数值模型,分析地震波在含孤石介质中的传播特征,根据地震波的传播特征利用层析成像技术对孤石进行速度成像,并通过工程实例进行验证.研究表明:(1)地震波场的数值模拟是研究地球物理勘探的有效方法,能高效...     

Artificial screen for reducing seismic vibration generated by blasting

The purpose of blasting operations is rock fragmentation. Blasting is a key component in the overall rock fragmentation system - the first element of the ore extraction process. It provides appropriate rock material granulation or size that is suitable for loading and transportation. However, in spite of many advantages explosives have, their usage may cause environmental problem such as seismic vibration. One of the solutions to this particular problem may be application of an artificial screen as a barrier to the seismic wave path. The results of experimental research on the artificial screen concept, its characteristics and role in attenuation of seismic effects generated by blasting are presented. The experiment is based on two physical phenomena: (1) the size and degree of discontinuity and (2) the reflection and refraction of seismic waves. More than 1,500 laboratory measurements were conducted with different combinations of screen sizes, positions of the screen to blasting source, and intensities of blasting impulses. The results of the study show reduction of generated vibrations up to 58% by employment of artificial screens.