淮南深部地球物理实验场重力噪声水平初步分析

利用淮南深部地球物理实验场地下848 m巷道内的Burris弹簧重力仪和地表LCR-ET20弹簧重力仪同期连续重力潮汐观测资料,对实验场地表和地下重力噪声水平进行了初步分析.分析结果表明在频率小于1.70 mHz(对应周期约为9.8 min)时,地下重力噪声水平都要比地表低;特别是在重力仪敏感的信号频段(周期大于3h的信号频段),地下848 m巷道内的重力噪声水平要比地表低约2个数量级,充分验证了实验场地下观测环境具有低重力噪声水平的超静特点.实验结果证明淮南深部地球物理实验场地下848 m巷道可为深地多物理场观测提供超静观测环境,为检测微弱地球物理场信号提供绝佳观测条件.     

高饱和度饱和土中爆炸波与结构的相互作用

利用改进的? 2.5 mm×5 m的模拟爆炸装置进行了一系列爆炸波与结构相互作用的实验,得出了爆炸波作用下结构上的表面压力、动量、应变的实测波形。实验结果表明,由于结构刚度较小,在相同爆心距离条件下结构的荷载与自由场的压力值相差不大;荷载在顶板的分布较为均匀,结构在爆炸载荷作用下发生整体变形,可以用中心荷载代替整体荷载;结构对爆炸波的反射,无论是弹性波还是冲击波,反射规律基本一致。随着饱和度的增大,结构上的反射系数和爆炸冲击波波速也随之增大。     

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。     

地面与地下深部地震背景噪声对比分析

深部地下空间具有低于地面的噪声环境,为开展高精度多物理场观测提供了绝佳平台.通过淮南潘一东矿区海拔-848 m的井下巷道和地面的地震联测,我们分析了深部地下与地面的地振动背景噪声特征.对比结果显示,大于1.0 Hz的高频段,地面噪声功率谱密度(Power Spectral Density, PSD)值高出地下20～40 dB,并呈现随人类活动变化的昼夜模式;而井下观测不存在这一时变规律,地下巷道上覆870 m厚的沉积层有效衰减了浅层或地表的人文噪声.0.1～1.0 Hz频段二者差异相对减小,地面PSD值平均高出地下10 dB.小于0.1 Hz的低频噪声差异较小,或与井下气流干扰和仪器本底噪声有关.在第二地脉动谱的对比中,可发现明显的场地放大效应和地脉动峰的分裂现象.此外,深部地下低噪声环境突显了若干高频非时变信号,根据频域极化分析可厘定这些稳定噪声为井下的固定振动源.上述结果说明深部地下可以为高精度地震观测和震源定位提供优良环境,同时也给深地实验室的后续建设以及相关深地研究提供重要参考.     

地下防护层中空穴形状对爆炸波衰减作用的影响

以地下围岩抗爆工程为背景,以小药量模型试验和数值模拟为手段,通过改变空穴位置、形状、组合形式来考察含空穴的防护层对平面爆炸波、球面爆炸波的衰减屏蔽效果。结果表明,含空穴的防护层可以很好地衰减爆炸波的压力峰值,从而达到保护地下洞室的目的;叉排排列的空穴对爆炸压力峰值的衰减效果明显好于顺排,矩形空穴对爆炸波压力衰减效果优于圆形空穴。研究成果为新型围岩抗爆加固技术提供了一定的参考。     

高瓦斯低透气性煤体定向聚能爆破增透机制

针对传统煤层预裂爆破增透存在的问题,对定向聚能爆破控制裂纹演化方向的理论和方法进行研究,即通过聚能射流的初始导向裂纹与后续高压气体形成的气楔联合作用,达到控制裂纹演化方向和长度的目的。基于模型试验和数值模拟,探讨了定向聚能爆破聚能方向和非聚能方向裂纹演化的机制。在潘三矿掘进工作面现场运用定向聚能爆破技术,达到增加煤体裂纹与保护围岩稳定性有机的统一。试验结果表明：爆破后3 h内抽采瓦斯量变化最为明显,其中最大抽采量是原始抽采量的470倍。有效抽采半径为7 m以内,爆破后顶板振幅约为0.23 cm。     

变埋深条件下饱和土爆炸能量耦合系数的试验研究

通过在? 2.5 m×5 m模拟爆炸装置中进行了饱和土爆炸试验。利用自由场试验研究了饱和土在不同埋设深度条件下的爆炸问题,得到了相应的爆炸破坏效应的宏观特征和压力实测波形,并对测试结果进行了分析,得到了饱和土中爆炸波传播规律,并通过试验得到耦合系数的试验数据,绘制了耦合系数曲线。实验结果表明,对于封闭爆炸最小比例埋深为2.62 m/kg1/3,当比例埋深大于2.62 m/kg1/3时,峰值压力与动量受比例埋深的影响不大,此时爆炸能量基本被封闭在饱和土中。     

煤体在高压水射流作用下的损伤机制

为研究高压水射流破煤的力学机制,煤体采用J-H-C含损伤本构模型,水射流采用Bridgman状态方程,用固-流耦合算法对高压水射流冲击煤体的损伤机制进行有限元数值计算,得出了煤体在不同冲击压力水射流作用下的损伤形式,模拟与现场试验结果基本一致。研究结果表明,不同水压的水射流冲击煤体形成的损伤机制存在差别,煤体在高压水射流作用下的损伤是阶梯式,煤体在高压水射流冲击下形成压缩波和拉伸波的复合作用是形成煤体损伤的主要原因,随着破煤过程的进行,压缩区和拉伸区有进一步减小的趋势;对于不同强度煤体存在临界破煤压力和最佳破煤压力。     

磨料射流冲击岩石损伤机制的数值分析

针对岩石透明条件差,磨料射流冲击岩石的损伤机制不易观察等问题,运用SPH和FEM耦合算法,并引入J-H-C含损伤本构模型描述磨料射流冲击下岩石的损伤场的演化机制。研究结果表明,磨料射流侵彻岩石的深度与磨料射流中磨料的浓度与磨料形状有关;岩石在磨料水射流作用下的沿径向和轴向损伤是呈阶梯式的,距离冲击表面越近,损伤曲线的梯度越大,损伤演化的阶梯形式越不明显;距离冲击表面越远,损伤曲线的梯度越小,损伤演化的阶梯形式越明显。