爆炸波影响地下结构的数值模拟方法

采用动力有限元,利用特有的爆炸单元直接计算炸药在岩土介质中爆炸、爆炸波传播及遇到地下洞室对其产生影响的全过程,并针对某现场大型地下洞室抗爆试验,利用数值模拟,分析计算与现场爆炸、地质、洞室支护等条件相同情况下地下结构的动力响应,模拟计算结论与现场试验结果分布规律相同、数值接近,表明有限元法直接模拟爆炸对地下结构的影响具有一定的可靠性,为进一步研究地下结构在爆炸荷载下的动力响应及安全评价打下基础。     

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。     

饱和砂土爆炸液化特性研究

基于有效应力动力分析法,在Byrne有效应力弹塑性模型的基础上,提出了一个能够考虑主应力轴旋转、饱和砂土含有少量气体、饱和砂土液化后的应变软化和应力重分布特性的弹塑性模型。将该模型编制成分析模块,并与通用岩土分析软件FLAC接口,进而对饱和砂土分别在单点、两点（微差）和多点（微差）爆炸地震波荷载作用下进行数值模拟分析,分别考虑了水平、微倾以及斜坡场地等3种工况,并且对爆炸地震波荷载与天然地震波荷载作用下饱和砂土的动力特性进行了对比研究。数值模拟结果表明,该模型能够很好地表现饱和砂土的爆炸液化气特性;不同动载和不同场地条件下,饱和砂土表现的动力特性以及液化行为也不尽相同。     

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。     

爆炸应力波作用下分支裂纹动态力学特性试验

应用爆炸加载的透射式动焦散线测试系统,分析了平板中预制贯通裂纹在爆炸应力波作用下端部衍生分支裂纹及爆炸主裂纹的扩展规律。预制贯通裂纹面在压缩应力波及反射拉伸波作用下表现出明显的张开和闭合交替变化,预制贯通裂纹减弱了爆炸主裂纹的动态扩展行为,爆炸主裂纹难以穿过预制贯通裂纹继续扩展。分支裂纹是爆炸应力波在预制贯通裂纹端部衍射效应形成应力集中而衍生、起裂、扩展,其开裂角与预制贯通裂纹、爆炸应力波入射角密切相关,分支裂纹尖端沿着最大能量释放率方向起裂,逐渐平行于最大主应力的方向稳定扩展,中后期扩展多表现为复合型断裂。爆炸分支裂纹的动态应力强度因子、扩展速度低于爆炸主裂纹,获得了分支裂纹起裂韧度为0.50～0.65 MN/m3/2、止裂韧度为0.25～0.35 MN/m3/2。     

煤矿瓦斯灾害中地震活动因素探讨

2001年11月14．22日，山西省5座煤矿相继发生煤矿瓦斯爆炸事故。与此同时中国新疆、青海交界昆仑山处发生里氏8．1级特大地震及数次余震。文章对比分析了2001年地震活动及煤矿瓦斯爆炸数据，发现本年度矿山瓦斯爆炸峰值与地震频次峰值基本吻合。爆炸事故发生率及破坏性地震发生率均在2001年4、7和11月出现高峰期，在时间上具有同步性。通过进一步分析山西煤矿瓦斯爆炸与昆仑山地区地震活动对应关系、吉林省松树镇煤矿瓦斯灾害与汪清县地震活动对应关系、河北省葛泉煤矿瓦斯及二氧化碳(c02)浓度在隆尧县地震发生前后的波动及急剧升高现象等认为构造活动引起地应力变化会对煤矿产生影响。初步研究结果认为，生产和管理者的疏忽是未能避免瓦斯爆炸的原因之一。在同一构造应力场中，煤矿瓦斯的增量、溢出与地壳活动之间存在着密切联系。     

爆炸波在准饱和砂土中的传播规律

在文献[1]所建立的饱和砂土动力分析模型的基础上,将该模型编制成分析模块并与通用岩土分析软件FLAC接口。模拟分析饱和砂土在爆炸压缩波荷载作用下波的传播特性,分别考虑了准饱和砂土各组分含量等因素对饱和砂土中波传播的影响。数值模拟结果表明,准饱和土中含有的少量气体对爆炸压缩波传播以及饱和砂土动力特性具有重要影响。     

基于地表冲击荷载作用下的城市地下空间结构动力响应分析

由于地震效应、重载车辆的震动效应或由于不同爆炸物引起的强烈冲击效应,都会给城市地下空间结构带来较大的影响。通过土体的混凝土改进剑桥动力本构模型和混凝土塑性损伤本构模型,建立地表爆炸冲压荷载简化计算模型,对城市地下空间结构在TNT当量100 kg的炸药爆炸冲压荷载作用下进行了动力分析,研究了结构埋深、土体刚度对结构动力响应的影响,分析了远场爆炸地震波作用下地下空间结构的动力响应。计算结果表明,地下空间结构中部顶板产生了轻微的拉伸损伤;当埋深小于5 m时,结构动应力响应较大;结构覆盖土刚度越小,土对爆炸能量的吸收作用越显著;由于爆炸产生的地震波频率高,其对结构动应力的影响较小。研究结果对地下结构的抗爆设计具有一定的参考意义     

鹤岗煤田的地质灾害及其防治对策

本文列举和分析了鹤岗煤田在80年的开发采历史中所发生的地面塌陷、瓦斯爆炸、冒项、煤层自然发火、矿坑涌水、煤尘与粉尘等一系列地质灾害的实例、特征、规模、危害,成因等,提出了这些地质灾害的防治对策,即采用法规、行政、理论、技术、工程等多方面的措施,可作为今后煤田防灾减灾工作之借鉴。     

断层带爆炸裂隙区范围及裂纹扩展长度的研究

常用求算岩石内爆炸裂隙区半径的计算公式中忽略了冲击波的作用、粉碎区的存在以及爆生气体的准静态作用。醉对该公式进行修正后并引和断层带应力波衰减指数α，并对尖力波损伤后的裂隙区的扩展长度进行分析计算，从而得出：考虑“预报伤”作用的爆炸裂纹长度大于不考虑“预损伤”情况下的裂纹长度。     

不同地应力条件下双孔爆破的数值模拟

考虑岩石介质的非均匀性,把爆破过程视为爆炸应力波和爆生气体压力共同作用的结果,基于损伤力学理论建立了岩石爆破的力学模型,并对不同地应力条件下岩石双孔爆破裂纹演化规律进行了数值模拟,分析了不同侧压力系数和埋 深对裂纹扩展规律的影响。数值模拟结果表明：①爆炸应力波导致裂纹的萌生,爆生气体压力则会使裂纹进一步扩展和贯通; ②裂纹演化过程与地应力密切相关,裂纹扩展的主方向趋于最大地应力方向;③随着埋深增加和初始地应力增大,裂纹扩展半径和裂纹区面积减小,地应力对爆破致裂的抑制作用明显。     

条形药包爆炸作用在土中显著影响范围的数值模拟

爆炸固结法是软土地基处理的新方法。为了分析爆炸作用在土中的变化规律,通过有限元方法对单孔条形药包在土中爆炸的数值模拟,在验证计算结果与实测数据的基础上,对地基中单孔条形药包在上覆压力和药量两组爆炸参数下进行模拟对比分析,以解决在不同上覆压力和药量条件下条形药包爆炸作用在土中的显著影响范围。针对条形药包土中爆炸问题,运用ALE算法解决了炸药网格的畸变问题。研究结果表明,上覆压力发挥作用的主要时间不是在爆炸瞬间,而是在爆炸以后的时间段,主要的贡献是对爆炸产生的孔隙水压的消散作用。而炸药的药量对于布置爆炸孔和竖向排水通道的间距影响具有较大影响。     

不耦合装药爆破对硬岩应力场影响的数值分析

爆破地震勘探石油是一种重要的方法,但爆破地震效应与爆破参数、地质条件等密切相关。采用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对柱状炸药与药孔壁之间为空气或其他介质以及空隙间距变化时碳酸盐岩岩石中爆炸应力波的传播规律和爆炸地震波能量的衰减特性进行了数值模拟研究,得到了不耦合装药爆炸时岩石应力、振动速度的衰减规律以及与不耦合系数、间隙介质的关系,分析了不耦合效应对爆炸地震波能量的影响。研究表明,不耦合或耦合不好时会使岩体中爆炸应力波的强度大大降低;耦合状态对岩体应力及速度的衰减系数和衰减指数影响较大;在空隙中注水或灌满泥浆会改善它们的耦合关系,增大下传的爆破能量。所得成果可为我国西南地区优选适合碳酸盐地层地震勘探的激发因素提供技术途径和方法。     

厚层淤泥中的爆炸定向滑移法原理及工程实例

介绍了一种能应用于深厚层淤泥软基的挤淤法--爆炸定向滑移法 (Bosm)。该法是通过在抛石堤头前方淤泥中一定位置处埋置群药包,利用爆炸产生的强冲击波和震动扰动淤泥并降低淤泥强度,使抛石堤下方及周围淤泥的结构破坏,瞬间丧失强度,短期内难以恢复,形成定向滑移条件,抛石堤下沉实现泥石置换。同时,结合深港西部通道海堤挤淤工程,详细介绍了爆炸定向滑移法的施工参数和工序流程,提出了施工质量控制和检测措施。通过钻孔、物探及沉降观测等技术手段对竣工后大堤进行的检查表明, 大堤是稳定的,采用爆炸定向滑移法修筑海堤是成功的。值得在深厚层淤泥的海堤挤淤工程中推广。     

花岗岩中强爆炸形成的应力封闭壳及其与爆炸当量的关系

以应力封闭壳理论为基础,对花岗岩介质中地下强爆炸产生的应力封闭壳效应进行了数值模拟。以100 t TNT当量的强爆炸为例,模拟了爆后空腔的回弹和封闭壳的动态形成过程,给出了形成稳定封闭壳后的径向应力、环向应力和爆心距的关系。计算了不同爆炸当量形成的应力封闭壳尺寸及其形成时间与爆炸当量的关系。计算结果表明,当空腔膨胀到最大尺寸之后,空腔开始回弹,此时开始形成应力封闭壳;当空腔回弹结束即形成稳定的空腔尺寸时,稳定的应力封闭壳也在该时刻形成;爆炸当量越大,形成的应力封闭壳的范围越大,当爆炸当量低于10 t TNT时,不能形成应力封闭壳。     

混凝土含水裂隙中爆炸压力传播的模型试验研究

爆炸作用下含水裂隙中水压力的分布及传播特征对分析含水裂隙岩体初始裂纹扩展机制具有重要意义。通过含水裂隙的混凝土室内爆炸试验,测量了爆炸时含水裂隙中的水压力,分析了含水裂隙中水压力的荷载特性及传播特征,并研究了裂隙张开宽度及爆炸药量对水压力荷载的影响。试验研究结果表明：爆炸作用下含水裂隙中水压力时程分布呈多峰波动分布,水压力来源包括爆源通过水介质直接传递的荷载及通过混凝土间接传递的荷载,且在不同裂隙长度,荷载峰值主要来源不同;相同装药条件下,含水裂隙中水压力随距爆源距离增大而迅速衰减,裂隙中同一位置水压力大小与裂隙张开宽度呈负相关;混凝土室内爆炸试验含水裂隙中水击波所带能量频谱主要集中在7.8～62.5 kHz,是一种高频信号。随距爆源距离的增加,能量分布向低频集中;水击波频带能量分布特征受爆炸药量及裂隙张开宽度的影响。当量为4.5 g TNT（三硝基苯）乳化炸药装药相比 8.1 g TNT乳化炸药装药爆炸时水击波高频信息更丰富;相同爆炸药量时,随混凝土中含水裂隙张开宽度的增加,水击波频带能量分布峰值呈现向中间频带移动的趋势。     

含预制裂纹的水泥砂浆试块在爆炸载荷作用下损伤特征的数值模拟

把能够体现岩体在冲击载荷作用下的响应特点及损伤演化的各向异性特征的损伤模型嵌入到有限元软件中，模拟了含有预制裂纹的水泥砂浆试块在爆炸载荷作用下的损伤特征。模拟结果表明，在爆炸近区产生一个损伤“重灾区”，并可根据模拟结果确定“重灾区”及爆炸损伤的范围，模拟结果与试验结果基本一致。模拟方法可以为岩土工程中经历过爆炸损伤岩体的稳定性研究提供理论依据。     

新型爆炸极限测试演示装置研制成功

由中国地质大学安全工程研究室研制的一种新型可燃气体动态爆炸浓度极限测试与演示装置已经成功。它可用于常用可燃气体爆炸浓度极限测试以及连续直观观察在爆炸极限范围内随可燃气体与助燃气体混合浓度变化出现的各种化学反应状况。该装置使用     

千斤顶为什么会爆炸

处理埋钻事故,用千斤顶起拔钻具,不幸千斤顶发生了爆炸.作者从力学角度分析了爆炸原因,以便吸取教训.     

爆炸法提高深水井的涌水量

介绍了用爆炸法提高水井涌水量的深水爆破弹的制作、施工方法及防水处理措施等。结果表明,用爆炸法提高深水井涌水量是一种切实可行的有效方法。