三维离散元不同尺度结构面计算方法及其在岩土爆破中的应用

在块体离散元面–面接触的基础上,给出不同尺度结构面的计算方法,建立离散元对岩土爆破模拟的计算模型,实现块体自分裂计算程序,在药包附近采用小尺度块体,远区采用大尺度块体,可以更为准确地描述爆破载荷下岩体结构面的尺寸效应。新的计算方法增加不同尺度结构面之间的计算方法,用其模拟岩土中的爆破问题可以得到:(1)通过模拟近区岩体内的应力场和位移场,得到爆源近区岩体在动载荷下的破坏特征,与单个尺度岩体结构面的计算程序相比,可以更准确体现结构面破坏引起的能量耗散对近区应力场的影响。(2)模拟的鼓包、爆破漏斗等岩土爆破现象可以很好地吻合经验公式,说明该计算方法不仅能反映小时间尺度上爆炸现象,如近区的应力场,还可以反映大时间尺度上的爆炸现象

冲击载荷下岩石动态破坏过程的三维离散元模拟

本文介绍了三维块体离散元计算方法,该方法用面弹簧刚度表征岩体的弹性性质,并将节理刚度、节理间距与岩体结构中的波速联系起来;探讨了不同尺度块体的时步选取的问题;研究了岩石等脆性材料在不同冲击载荷下的破坏形态和破坏过程,计算结果表明岩石的破坏形态与冲击载荷的形式、岩石材料的性质有很大关系:保持冲击载荷作用的时间不变,只改变冲击载荷的峰值压力(相当于改变弹体的冲击速度)时,随着峰值压力的增大,其横向影响范围减小,保持冲击压力不变,改变冲击载荷作用时间(相当于改变弹体的质量),随着冲击载荷作用时间的延长,破坏范围扩大,改变岩体材料的性质,尤其使岩石板为分层结构时,岩石板的破坏形态与破坏过程都明显不同;把计算结果与YoshikazuSawamoto等人在混凝板的试验结果做了对比,二者有较好的一致性。可以得出结论:三维块体离散元方法

Numerical simulation of pulsation features of pressure in explosion cavity and distribution of explosive energy in rock blasting

分析了对岩体中爆炸能量分布和爆腔内压力研究的现状, 为进行这方面的研究, 在块体离散元基础上独立开发了可变形多尺度计算模型和爆源模型, 改进后的数值模型适合研究爆源近区的爆炸效应. 通过该模型对岩体中爆腔内压力和爆炸能量分布进行了数值模拟, 分析了爆腔内压力脉动特征, 指出爆源近区岩体结构性质对爆腔内压力脉动规律影响不大, 爆腔内压力峰值与炸药量无关; 结合热力学和弹性力学知识分析了不同条件下爆炸能量分布规律, 研究了岩体破坏对爆炸能量分布的影响, 给出了岩石断裂破坏消耗能量、变形能、用于抛掷的能量的比

三维离散元块体-质点计算模型

本文提出了一种新的三维离散元计算模型,该模型可以用于模拟岩土体的连续与非连续特征。新模型假设岩体是由一系列具有法向、切向刚度弹簧连接的块体组成,而每个块体内部又是由按照具有一定规则连接的弹簧的质点构成。给出了求解单个块体内连接质点弹簧的泛函的一般表达式,并通过变分的方法,列出了求解弹簧刚度的基本方程。在此基础上,模拟计算了立方体试样单轴压缩、纯剪切条件下变形规律,结果表明,新的模型模拟弹性体有较高的精度,将该模型用于模拟岩土体的破坏试验,给出了合理的物理图像

应力波在一维节理岩体中传播规律的试验研究与数值模拟

在测定撞击载荷形式的基础上,通过试验研究应力波在一维节理岩体中的传播规律。分析完整岩体中各质点的振动形式以及不同形式的撞击载荷下对质点振动的影响,在完整岩体中质点的振动形式很有规律,其振动频率单一,且与一维岩柱的长度有关;分析结构面附近质点的振动特征,试验结果表明结构面附近质点振动有增强现象;还分析结构面组数对应力波传播衰减规律的影响,随着结构面组数的增加,质点振动衰减便快,应力波随距离的衰减也很明显。在块体离散元的基础上,研究多尺度离散元模型,并用它来模拟应力波在节理岩体中的传播规律,取得较好的效果,说明块体离散元适合模拟岩体中应力波的传播衰减规律

地质体结构探测中可控爆源实验研究及应用

为探测地质体的结构，在分析一般爆破震源的优缺点的基础上，通过实验研究了一种可以控制的爆破震源（简称可控爆源）。该震源利用水介质的均匀性及各向同性、不可压缩等特点，保持了爆炸波功率大、能够提供尖锐的脉冲信号、频域范围广的优点；同时利用水作为传递爆炸载荷的介质，减少了爆炸冲击波对周围岩体介质的损坏，使试验可以重复进行，改变了爆破震源不能重复和难以总结试验规律的缺点，也有助于可控爆源在地质勘探领域的推广应用。利用可控爆源，对茅坪滑坡体进行了地质体结构探测分析，结果显示滑坡体深约50m处存在一大的结构面（滑带），并得到了上覆岩层的一般力学性质。该结果与钻孔勘探和挖竖井探测结果吻合，为该滑坡体的治理和预防提供了依据

Experimental Research and Application of Controllable Blast Source on Surveying Geology Body Structure

为探测地质体的结构,在分析一般爆破震源的优缺点的基础上,通过实验研究了一种可以控制的爆破震源(简称可控爆源)。该震源利用水介质的均匀性及各向同性、不可压缩等特点,保持了爆炸波功率大、能够提供尖锐的脉冲信号、频域范围广的优点;同时利用水作为传递爆炸载荷的介质,减少了爆炸冲击波对周围岩体介质的损坏,使试验可以重复进行,改变了爆破震源不能重复和难以总结试验规律的缺点,也有助于可控爆源在地质勘探领域的推广应用。利用可控爆源,对茅坪滑坡体进行了地质体结构探测分析,结果显示滑坡体深约50 m处存在一大的结构面(滑带),并得到了上覆岩层的一般力学性质。该结果与钻孔勘探和挖竖井探测结果吻合,为该滑坡体的治理和预防提供了依据

三维块体离散元可变形计算方法研究

在三维刚性块体离散元的基础上,研究可变形块体离散元方法,并编制相应的可变形块体离散元程序。该方法把块体单元看作弹性体,并对其划分有限元网格,对每个可变形单元的计算是假设在力边界条件下求解可变形单元的节点位移;可变形块体之间力和位移的传递是通过构筑的节理单元实现的,节理单元反应岩土工程中实际节理的变形性质和强度特征,结构面破坏前,体现了连续介质计算方法的特点,结构面如果发生破坏,预设节理处的节理单元直接转变化为法向和切向弹簧,体现了离散元计算方法的特点。另外,节理单元有实际的厚度,可以根据实际节理的性质确定计算参数,这一点也体现出了对刚性块体离散元方法的改进。与刚性块体离散元方法比较,该方法可以反映岩体变形性质,如泊松效应、三维岩体中的真实波速,它还可以模拟结构面的破坏演化过程;与有限元方法比较,它可以更好地描述岩体中节理的特征,允许单元有较大的位移;相对于以前的可变性离散元方法,它既克服了有限差分格式带来计算上的复杂,又建立在三维模型的基础上,为有关岩土工程的数值分析提供了一个可行的数值方法

不同生境下盐生灌木盐岛效应的变化及生态学意义/SALT ISLAND EFFECT OF HALOPHYTIC SHRUBS IN DIFFERENT HABITATS AND ITS ECOLOGICAL IMPLICATION[J]

为探明生境与植物种类对盐岛效应的影响,选取了分布于塔里木盆地北缘盐化草甸生境和灌丛生境的3种盐生灌木,即多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、盐穗木(Halostachys caspica)、盐节木(Halocnemum strobilaceum),分析了植丛下与植丛间土壤的pH、总盐和8种盐分离子含量的变化.研究结果表明在盐化草甸生境,只有盐节木植丛下的土壤盐分呈明显的富集状态,即形成了盐岛；而在灌丛生境,3种盐生植物均具有明显的盐岛效应,且盐岛效应以盐节木最高,多枝柽柳最低.数据分析进一步表明盐岛效应的强弱受植物种类和所处生境的影响:即分布于高盐环境的盐生植物和耐盐能力强的植物盐岛效应更为明显.而生境变化和植物种类的不同,对盐岛内盐分离子的富集也有不同的影响.盐岛效应的增强有加速草甸向盐生灌木为主的荒漠退化的趋势