单位文秘网 2021-07-21 08:25:31 点击: 次
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摘要: 以地下隧道为原型建立试验模型,进行爆破试验,获得了10万多个激振加速度测试数据。试验结果表明,激振加速度在一定距离范围内随着离爆破点的距离的增大而减小;数据有明显的边界效应,有放大作用;裂隙对冲击波的传播有延迟的作用。
关键词: 爆炸力学;爆破;冲击波;模型试验;衰减
中图分类号:TB41 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2015)09-0003-02
0 引言
随着我国经济迅猛发展,更多地向地下空间得到发展,大量地下铁道、铁路及公路隧道、水工隧道被开挖,所以,研究地下工程开挖爆破冲击波的传播衰减规律,有一定的实际意义。
迄今,大量专家学者对此进行研究。Seinov and Chevkin[1]早期已发现应力波的衰减取决于裂隙的数量、宽度以及填充物的波阻抗等性质;Yu and Telford[2]发现单节理在受载荷情况下仍能反射频段在60Hz至 1kHz入射波 96%的能量;Stephansson[3]等人在现场试验中观测到,应力波透过一节理层传播时,应力波的透射率会随着入射波能量的增加而增加;李夕兵[4]用摩尔库仑强度准则描述的界面模型来研究应力波在软弱结构面的传播过程;卢文波[5]得到了透反射系数,并解释了结构面的低通滤波特性;韦晓乾[6]试验模拟了应力波在花岗岩节理岩体中的传播,分析了节理宽度、节理层填充物的含水量以及入射波能量等因素对波传播规律的影响。石崇[7]等采用射线理论推导了SV波穿越线性节理的透反射解析解,利用等效应变假设原理,分别采用 Goodman 和 Duncan 模型节理面的非线性变形,考察节理面透反射性能受方向与切向非线性位移的影响。
1 模型试验设计
1.1 试验模型 危岩破坏激振效应试验模型如图1所示,模型尺寸200cm(长)×200cm(高)×100cm(厚)。危岩体由2700多块尺寸为24cm(长)×11.5cm(宽)×5.3cm(厚)的红砖叠加而成,中间留一个20cm(长)×20cm(宽)×100cm(厚)的岩腔。
1.2 试验荷载 在预留岩腔中间的上侧,通过火药进行爆破作用
1.3 测试方法与测试内容 以岩腔为起点,沿垂直于斜层方向布置8个测点,每个测点之间的距离为11.5cm,在测点中心粘贴DH311E型压电式加速度传感器(图1和图2);采用DH5922型动态频谱测试仪(采样频率为10000Hz),记录8个测点在爆破瞬间由传感器输入的激振信号,即振动加速度。
1.4 试验过程 试验过程程序:建造试验模型并安装完成→安装加速度传感器并连接到动态频谱测试仪→在作用点安装火药→点燃火药并由动态频谱测试仪连续记录主控结构面扩展及危岩突发性破坏瞬间各个加速度传感器表征的激振加速度,获得了10万多个危岩破坏激振加速度测试数据。
2 试验结果分析
2.1 危岩破坏激振加速度 火药的爆炸对试件产生巨大的冲击作用,各测点的振动加速度记录如图3(只列举出Y方向)。
2.2 数据分析 试验模型各测点x方向和y方向的加速度最大值-图4,1、2两点x方向振动加速度曲线图-图5,可见:
第一、距离爆破作用点越近,激振加速度峰值越大、频谱密度越大,如1#测点x方向的最大激振加速度为-123m/s2、y方向的最大激振加速度为-116m/s2,位于2#测点x方向的最大激振加速度为39m/s2、y方向的最大激振加速度为77m/s2。
第二、距离爆破点越远,x、y方向振动加速度的大小是先增大后减小,后面加速度增大是因为边界问题,开始的冲击波在遇到边界之后会发生折射和反射,导致冲击波到了后面会产生叠加,导致后面测点的振动加速度会有增长的效果。
第三、1、2两测点之间相距0.115m,冲击波在固体中的传播速度为2000m/s,即在没有裂隙的条件下,两点之间的时间间隔为5×0.1ms,从图5中可以得到:在有裂隙的条件下,1、2两点之间的时间间隔为30×0.1ms三个测点中,所以可以得出,裂隙对冲击波的传播有延迟的作用。
3 结论
①以灰岩中的隧道为例,建立了冲击波在斜层围岩中的传播的试验模型,拟定了详细的试验方案,并进行了室内模型试验,获得了10万多个激振加速度测试数据,为冲击波在围岩中的衰减分析提供了重要试验数据。②试验结果分析表明,离爆破作用点距离越近,应力衰减越厉害,离爆破作用点距离越远,应力衰减越缓慢。③试验数据表明,冲击波的传播存在边界效应,在实际爆破过程中,山顶也存在放大效应,与实验结论相符合。④分析表明,应力波在含裂隙的岩体传播,由于裂隙的作用,会造成局部的应力集中,改变动态应力场,后继传递能量减少,造成裂隙岩体比均质岩体能量衰减更快,并且伴有延迟的现象。
参考文献:
[1]Seinov N P, Chevkin A I. Effect of fissure on the fragment at ion of a medium by blasting [J].Journal of Mining Science, 1968, 4(3): 254-259.
[2]Yu T R, Telford W M. An ultrasonic system for fracture detection in rock faces[J]. CanadianMining and Metallurgical Bulletin, 1973, 66(7): 96-106.
[3]Stephansson O, Lande G, Bodare A. A seismic study of sllallow jointed rocks[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts,1979, 16(5): 319-327.
[4]李夕兵.论岩土软弱结构面对应力波传播的影响[J].爆炸与冲击,1993,13(4):334-342.
[5]卢文波.应力波与可滑移岩石界面间的相互作用研究[J]. 岩土力学,1996,17(3):70-75.
[6]韦晓乾.应力波在节理岩体中传播模型实验研究[D].广西: 广西大学,2007.
[7]Yu J. Effects of single joint with different nonlinear normal deformational behaviors on P-wavepropagation [C]// Proceedings of the 2nd International Conference on Geotechnical Engineering for Disaster Mitigation and Rehabilitation. Berlin, 2008: 458-465.
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