粗粒花岗闪长岩中应力波的传播衰减规律
束状孔与当量大孔爆破应力波在节理岩体中的衰减规律
束状孔与当量大孔爆破应力波在节理岩体中的衰减规律熊常然;陈何
【期刊名称】《矿冶》
【年(卷),期】2024(33)1
【摘要】束状孔当量球形药包爆破技术是基于大直径深孔采矿法的新型爆破技术,与单孔爆破技术相比,其炸药能量利用率更高。
为了探究节理岩体中束状孔与当量大孔爆破应力波衰减规律的不同,开展束状孔与当量大孔爆破模型试验研究。
试验采用混凝土制作相似模型并用无缝钢管将炮孔包围以忽略爆生气体的作用,同时考虑不同节理厚度的影响,得到了爆炸应力波峰值速度与节理厚度的关系,并将两种布孔方式在相同节理条件下进行对比分析。
结果表明:两种布孔方式的爆炸应力波峰值速度均随着节理厚度的增加而逐渐降低,在相同节理厚度条件下,束状孔爆破的应力波衰减相对更小。
【总页数】8页(P1-8)
【作者】熊常然;陈何
【作者单位】北京矿冶研究总院;矿冶科技集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD235.46
【相关文献】
1.不耦合装药孔壁透射对应力波在岩体中衰减影响
2.应力波在层状节理岩体中的透反射与衰减规律
3.地应力作用下节理岩体隧道爆破孔网布设方法研究
4.高地应力节理岩体隧道爆破掘进孔网布设参数研究
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【采矿课件】爆炸应力波研究入门
当埋深超过某一临界值（H>500m）时，随巷道埋深
的增加，巷道层裂的范围有增大的趋势，巷帮层裂破
坏范围变大，使得层裂结构失稳时，释放的能量加大，
向巷道内涌出的岩体量增加。随关键层弹性模量的增
加，巷帮层裂破坏范围具有变大的趋势。
2021/7/28
36
利用LS-DYNA系统模拟了应力波作用下巷道 围岩的应力分布和能量积聚特征，探讨了围岩应 力、能量分布随时间t、巷道埋深H、扰动应力波 强度对二者的影响。通过研究表明：在应力波作 用下，围岩中的正应力随时间呈波动变化，加上 巷道边界的反射作用等，使得巷道围岩应力比没 有扰动时显著增加；
Strain
24
相关研究现状
•
中国矿业大学的单仁亮利用SHPB对花岗岩、大理岩的本构
关系进行研究。得到：花岗岩峰前应力应变曲线大多近似直线，
说明在这阶段岩石具有良好的线弹性；而峰后冲击速度低则曲线
出现回弹，冲击速度高则曲线中随应变增加应力不断降低（岩石
试件破碎）。大理岩峰前直线的斜率受冲击速度影响，速度越大，
图2，v2=v1,则有v3=2v2,σ3＝0两波相遇处质点应力为０，而速 度加倍．相当于法向入射弹性波自由端（自由表面）反射，反射波
是入20射21/7波/28的倒象，拉伸波反射为压缩波，压缩波反射为拉伸波．10
2.3 HOPKINSON.J落重冲击拉伸实验
B
落重
A
一端固定的钢丝悬挂着 一物体，重物从距离物体h 处下落（如图所示），结 果，钢丝断开，被拉断的 一端是B。在固定端最早达 到反射后的应力叠加，大 小为原来两倍。
功能，研究围岩的岩性（关键层的性质）、埋深（同
一应力波强度条件下）及应力波特征（应力波强度、
脆性材料中应力波衰减规律与层裂实验设计的数值模拟
第37卷第4期爆炸与冲击V ol.37，No. 4 2017 年7月E X P L O S IO N A N D S H O C K W A V E S J l，2017D O I：10.1 1883/1001-1455(2017)04-0705-07脆性材料中应力波衰减规律与层裂实验设计的数值模拟巫绪涛，廖礼(合肥工业大学土木与水利工程学院，安黴合肥230009)摘要：对混凝土、岩石类脆性材料的层裂实验进行了有限元模拟，研究了应力波在此类材料中传播的衰减规律，包括两类机制：弹性波因大尺寸试样的几何弥散产生的小幅度线性衰减、与应变率相关的黏塑性波因本构关系导致的指数衰减。
在此基础上，提出了包含常数项的指数型应力波峰值拟合公式。
建议采用可以忽略应力波衰减影响的细长形试样进行层裂实验。
混凝土类脆性材料层裂破坏模拟结果显示，有限元模拟得到的层裂片厚度与一维应力波理论得到的结果非常吻合，验证了按一维应力波理论确定层裂强度的实验方法的有效性。
通过对比3种不同入射波形下层裂片的形状和净拉应力波形，发现不对称的入射波形状更有利于实验获得平直的层裂断面和较准确的层裂强度。
关键词：脆性材料；应力波；衰减规律；层裂中图分类号：O3.16.1国标学科代码：130545 文献标志码：八层裂是指当压力脉冲在杆或板的自由面反射形成拉伸脉冲时，在邻近表面的某处形成相当高的拉应力，一旦满足某动态断裂准则，则该处材料发生破裂的现象[1]。
由于混凝土、岩石类脆性材料存在典 型的拉压不对称性，在冲击载荷作用下此类材料中经常存在层裂这种失效方式。
与单纯的拉伸失效不 同，材料在层裂失效前往往受到较强的冲击压应力作用而损伤，因此层裂失效与应变率、压缩损伤及拉 伸损伤具有复合关系。
1914年，Hopkinson在硝化棉炸药爆炸冲击软钢板的实验模型中首次发现了层裂这一现象。
』.3.尺丨11^&^[2]在Hopkinson研究的基础之上，对钢、黄铜等材料的层裂现象进行了详细分析，提出了 层裂破坏的瞬时破坏准则，为层裂实验研究奠定了重要基础。
爆破工程4第五章---岩石中的爆破作用原理
该理论在爆破动力问题上，直接采用爆轰冲击荷 载作用于岩壁的状态方程，利用动力有限元方法 计算爆区的应力状态。其实质是认为岩体爆破动 力是爆炸应力波和爆轰气体的膨胀作用，两者相 辅相成，不可或缺。
第二节 冲击载荷的特征和应力波 一、冲击载荷的特征
一、爆轰气体膨胀压力作用破坏论
这派观点是从静力学的观点出发，认为药包爆炸后， 产生大量高温高压的气体，这种气体膨胀时所产生 推力，作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的 径向位移，由于作用力的不等引起的不同的径向位 移，导致在岩石中形成剪切应力，当这种剪切应力 超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂， 当爆轰气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面 附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出，这派观 点完全否认冲击波的作用。
（一）岩体中冲击波的传播规律
冲击波的初始波峰压力就是爆轰波给予岩 石的最初压力，其值的大小取决于炸药的 性质、岩石的性质和炸药与岩石的耦合情 况。
波阻抗越大的岩石，在炮孔壁上产生的压 力也越大，如表5—1所示。
给予岩石的初始峰压越大，则岩石的变形 也越大，破碎越厉害，消耗能量也越多。 因此，在工程爆破中必须根据工程的要求 来合理地控制岩体中的初始峰压值。
压碎区的半径很小，一般约为药包半径的 2~3倍。破坏范围虽然不大，但破碎程度大， 炸药消耗能量多。
2.破裂区(破坏区) 当冲击波通过压碎区以后，随 着冲击波传播范围的扩大而导致单位面积上的能 流密度降低，压缩波（即压缩应力波），其强度 已低于岩石的动抗压强度，所以不能直接压碎岩 石。但是，它可使压碎区外层的岩石遭到强烈的 径向压缩，使岩石的质点产生径向位移，因而导 致外围岩石层中产生径向扩张和切向拉伸应变， 如图5—10所示。如果这种切向拉伸应变超过了 岩石的动抗拉强度的话，那么在外围的岩石层中 就会产生径向裂隙。这种裂隙以（0.15~0.4）倍 压缩应力波的传播速度向前延伸。当切向拉伸应 力小到低于岩石的动抗拉强度时，裂隙便停止向 前发展。另外在冲击波扩大药室时，压力下降了 的爆轰气体也同时作用在药室四周的岩石上，在 药室四周的岩石中形成一个准静应力场。
弹性波在中粒砂岩内传播衰减特性分析
弹性波在中粒砂岩内传播衰减特性分析赵永川;杨天鸿;肖福坤;张鹏海;于庆磊;刘刚【摘要】为研究弹性波在岩石介质传播过程中的衰减特性,利用超声波传感器监测弹性波在中粒砂岩圆柱体内传播不同距离后的波形变化特征,通过频谱转换、数理统计、曲线拟合分析了特征参数的变化规律.研究表明:弹性波信号经滤波模数转化后,频率在100～500 kHz的信号随着传播距离的增大,时域波形图和频谱图在振幅上都出现了衰减趋势,且信号中高频成分比低频成分衰减显著.频谱重心频率随传播距离增大按照线性趋势降低,变化趋势比主频稳定,更能全面反映信号的频率衰减特征,采用波形对比法得到的弹性波在中粒砂岩内传播的衰减系数为0.016 dB/cm.在实验室尺寸范围内,绝对能量按照负指数规律衰减最为显著,幅值和振铃计数出现稳定线性衰减趋势,而上升时间有增加的趋势.波形参数的衰减趋势和敏感程度对于现场微震和室内声发射试验由传感器信号反演破裂源特征有一定的指导作用.【期刊名称】《振动、测试与诊断》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】7页(P285-291)【关键词】弹性波;衰减;频谱;特征参数;中粒砂岩【作者】赵永川;杨天鸿;肖福坤;张鹏海;于庆磊;刘刚【作者单位】东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室沈阳,110819;东北大学资源与土木工程学院沈阳,110819;东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室沈阳,110819;东北大学资源与土木工程学院沈阳,110819;黑龙江科技大学黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室哈尔滨,150028;东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室沈阳,110819;东北大学资源与土木工程学院沈阳,110819;东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室沈阳,110819;东北大学资源与土木工程学院沈阳,110819;黑龙江科技大学黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室哈尔滨,150028【正文语种】中文【中图分类】TH762;TU452引言{HJ2mm弹性波是研究岩石内部损伤演化的有效工具，声发射和微震现象作为一种典型弹性波是指岩石(体)在载荷作用下微破裂活动产生的弹性波辐射释放的过程，随着信号采集硬件的迅速发展，采集精度增高，计算参数增多，声发射和微震在揭示岩石和混凝土的损伤和裂纹扩展中得到了广泛应用[1-2]。
爆炸应力波在各向同性损伤岩石中的衰减规律研究
第21卷 第1期爆炸与冲击V ol.21,N o.1 2001年1月EXP LOSI ON AND SH OCK W AVES Jan.,2001 文章编号:100121455(2001)0120076205爆炸应力波在各向同性损伤岩石中的衰减规律研究崔新壮1,李卫民2,段祝平1,陈士海3(11中国科学院力学研究所,北京 100080; 21山东省建设建工集团二公司,山东济南 250014;31山东科技大学,山东泰安 271019) 摘要:通过对一维应力波在H opkins on压杆之间的试件内的衰减及折反射关系分析,导出了衰减率的表达式,然后对含损伤的岩石试件进行冲击实验,得到了衰减率与初始损伤的关系式,从而提供了一种测定衰减率的实验方法。
通过应力等效模拟,得到了球面与柱面爆炸应力波的衰减规律。
关键词:爆炸应力波;损伤;衰减;H opkins on压杆中图分类号:O34615 文献标识码:AΞ1 引 言天然岩体中含有大量的裂隙、节理等缺陷,损伤力学引入后,它们的尺寸、数目都可以用损伤来定量描述。
在工程爆破中,我们发现这些缺陷对应力波有很大的衰减作用。
研究爆炸应力波的衰减对研究动态应力场、损伤场及应力波防护工程的建设都有重要意义。
目前,在工程爆破中普遍采用的衰减公式是p=p0/ rα( r=r/r0,其中r0为药包半径,r为应力波与爆源的距离,α=2±ν/(1-ν)为衰减指数,其中ν为岩石的泊松比,p0为爆源处峰值压力)。
如果岩体所含初始损伤是各向同性的,则由损伤力学可知,该岩体的泊松比将等于不含任何损伤的岩体的泊松比,也就是说爆炸应力波在两种岩体中的衰减指数是一样的。
但这与实践相矛盾,因此应当探索更能反映实际情况的衰减公式。
通过实验,我们得到了平面一维应力波在损伤岩体中的衰减公式,经过应力等效模拟,推广到了球面与柱面波情形,理论上得到了柱面与球面爆炸应力波的衰减公式。
2 实 验211 实验设计实验用的装置有H opkins on压杆及声波测试仪,应变片分别贴在输入杆与输出杆的中间位置。
采矿地球物理理论与技术 第五章 矿震震动波传播衰减规律
因此，可以说只要发生冲击矿压现象，一定是顶板或巷帮 周围存在一个突然爆发冲击震动力的高应力区，我们将这个产 生突然冲击震动的高应力区称为冲击源（震源）。
FLAC数值模拟软件中的Dynamic模块，具有模拟诸如爆 炸等突发冲击震动效应的力学模拟功能。通过一定的赋值语句， 确定好震源加载波形，对各个参数相应赋值，就可以模拟巷道 在冲击震动波的传播效应下围岩应力分布和位移趋势及大小， 并分步再现冲击矿压破坏的全过程，这对研究冲击破坏机理提 供了有力保证。
0
0
800
700
600
500
a = 1971.6x-0.9107
400
R2 = 0.9142
300
200
100
0
20
40
距离震源 m
60
0
a = 1126.5x-0.6702 R2 = 0.8587
20
40
60
距离震源 m
(c) 第3实验点（小石块场）
(d) 第4实验点（水泥地）
图5-3-1 各实验点拾震器位置最大加速度变化曲线
E = 11476x-1.7344 R2 = 0.9142
E = 3435.6x-1.1509 R2 = 0.8162
1场地 2场地 3场地 4场地
10
20
30
40
50
60
距离爆源 m
图5-2-1 各实验场地各拾震器位置能量变化曲线
从上面能量衰减变化曲线可以看出，能量的衰减变化趋势同 震动加速度的变化趋势，随传播距离增大能量也呈乘幂关系 衰 减，初始衰减依然很快，到一定距离后衰减幅值减小。
R2 = 0.9857
顶板
3000
平面应力波在岩质边坡中的传播规律研究
平面应力波在岩质边坡中的传播规律研究平面应力波作为一种物理地质学中的基本地震波，其折射、反射及漫射传播特性在研究岩质边坡中发挥着重要作用。
针对平面应力波在岩质边坡中的传播特性，许多学者在实验和模型实验的基础上，提出了一些关于传播规律的研究成果。
然而，由于边坡在不同地质条件下的特性差异，研究成果中存在一定的偏差，因此，有关平面应力波在岩质边坡中的传播规律研究尚未全面展开。
本研究尝试通过计算机模拟、室内实验等方法，研究不同地质条件下岩质边坡及其周边土壤中平面应力波的传播规律。
首先，使用岩石物理实验来获得边坡侧壁柱状体的宏观结构及其反射系数；然后，通过室内实验对岩质边坡的传播特性进行检测；最后，使用计算机建模技术，建立岩质边坡高程和结构参数对传播特性的数值模型，并进行模拟验证。
本研究首先收集了不同地质条件下的岩质边坡采样，经过化学分析、物性测试及X射线等方法，进行了细致的实验研究。
结果表明，不同地质条件下岩质边坡的内部结构及其反射系数均受到一定程度的影响。
进一步的室内实验表明，不同的岩质边坡及其周边土壤对平面应力波的传播影响显著，其传播规律有显著差异。
最后，在不同地质条件下，本研究建立了岩质边坡高程和结构参数对平面应力波传播影响的数值模型，为科学揭示岩质边坡中平面应力波传播特性，提供了有用参考数据。
综上所述，本研究证明：在不同地质条件下，岩质边坡及其周边土壤对平面应力波传播的影响是显著的，并且平面应力波的传播规律受到边坡高程和结构参数的影响。
本研究所提供的研究成果，将有助于更深入、更准确地考察岩质边坡的稳定性以及岩体破坏的发生及发展过程。
本研究成果有助于更深入地研究岩质边坡的稳定性，有助于更准确地预测平面应力波在岩质边坡传播规律，益于更好地控制和改造岩质边坡等。
因此，本研究结果可以为大型工程，如水利、港口、桥梁等的设计和施工提供参考，也为下一步研究以及岩体稳定性等方面提供理论支持。
总之，本研究通过实验和数值模拟，研究了不同地质条件下岩质边坡中平面应力波的传播规律，为岩质边坡稳定分析和大型工程设计施工提供了理论依据，具有重要的理论意义和实用价值。