深部围岩地冲击扰动作用的模拟试验技术

李志浩 熊自明 岳松林 纪玉国 刘晨康 徐天涵 蒋海明 李杰

李志浩, 熊自明, 岳松林, 纪玉国, 刘晨康, 徐天涵, 蒋海明, 李杰. 深部围岩地冲击扰动作用的模拟试验技术[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(2): 024101. doi: 10.11883/bzycj-2021-0184
引用本文: 李志浩, 熊自明, 岳松林, 纪玉国, 刘晨康, 徐天涵, 蒋海明, 李杰. 深部围岩地冲击扰动作用的模拟试验技术[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(2): 024101. doi: 10.11883/bzycj-2021-0184
LI Zhihao, XIONG Ziming, YUE Songlin, JI Yuguo, LIU Chenkang, XU Tianhan, JIANG Haiming, LI Jie. Simulation test technique for impact disturbance of deep surrounding rock[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(2): 024101. doi: 10.11883/bzycj-2021-0184
Citation: LI Zhihao, XIONG Ziming, YUE Songlin, JI Yuguo, LIU Chenkang, XU Tianhan, JIANG Haiming, LI Jie. Simulation test technique for impact disturbance of deep surrounding rock[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(2): 024101. doi: 10.11883/bzycj-2021-0184

深部围岩地冲击扰动作用的模拟试验技术

doi: 10.11883/bzycj-2021-0184
基金项目: 国家自然科学基金(51527810,51679249,51808553)
详细信息
    作者简介:

    李志浩(1995-),男,博士研究生,17865191593@163.com

    通讯作者:

    熊自明(1980-),男,博士,副教授,xzm992311@163.com

  • 中图分类号: O389

Simulation test technique for impact disturbance of deep surrounding rock

  • 摘要: 为模拟深部高围压硐室结构在爆炸地冲击扰动作用下的长持时加载过程,开展了模拟装置的调试和试验工作。分析了爆炸作用下,远场扰动应力波的主参量,并采用量纲分析获得了满足相似定律的仪器参数指标。利用模拟试验装置,分析探讨了气室压力、电磁阀开启时间、活塞速度、水压以及整形材料等因素对冲击波形、正压时间、升压时间和峰值的影响规律。结果表明,整形材料的刚度越低,应力波形的正压时间及升压时间越长,峰值相对越低;活塞撞击速度越高,应力峰值越高,但是正压时间及波形无明显变化。通过控制电磁阀开闭时间和气室气体压力值,可以控制活塞撞击的速度。通过改变整形材料和活塞撞击速度,实现了正压时间在3.5~5.0 ms之间的调整、升压时间在0.9~2.5 ms之间的调整,峰值在4~8 MPa之间的调整,调整后输出的压力波形可有效模拟深部围岩中远区爆炸应力波。采用有机玻璃复合结构作为试件,验证了装置在模拟深部围岩地冲击扰动作用的可行性及可靠性。上述研究证明了装置可为室内试验提供参数可控的爆炸地冲击扰动,丰富了深部地质力学试验系统模拟爆炸扰动的研究。
  • 图  1  爆炸应力波形[22]

    Figure  1.  Explosion stress wave [22]

    图  2  理想压力波形

    Figure  2.  Ideal pressure waveform

    图  3  模型试验装置图

    Figure  3.  Model test apparatus

    图  4  整形材料

    Figure  4.  Shaping materials

    图  5  传感器布置图

    Figure  5.  Layout of sensors

    图  6  应力波的平面度及均匀性

    Figure  6.  Flatness and uniformity of the stress wave

    图  7  水压对波形的影响

    Figure  7.  Influence of the water pressure on the shapes of the stress waves

    图  8  整形材料对应力波波形的影响

    Figure  8.  Influence of shaping materials on the stress waveforms

    图  9  影响活塞速度的因素分析

    Figure  9.  Analysis of factors affecting the piston speed

    图  10  活塞速度对波形的影响

    Figure  10.  Influences of the piston speed on the wave form

    图  11  活塞速度和整形材料对压力峰值的影响

    Figure  11.  Influences of the piston speed and shaping material on the peak pressure

    图  12  活塞速度和整形材料对正压时间的影响

    Figure  12.  Influence of the piston speed and shaping material on the positive pressure time

    图  13  试验波形与理想压力波形对比

    Figure  13.  Comparison of the test waveform with the ideal pressure waveform

    图  14  有机玻璃组合试件

    Figure  14.  The composite specimen of PMMA

    图  15  压力曲线

    Figure  15.  Pressure curves

    表  1  质点速度参数表[24-25]

    Table  1.   Parameters for calculating particle velocity[24-25]

    材料An
    盐岩(0.8~1)×1041.6
    花岗岩(1~1.3)×1041.6
    密凝灰岩(0.3~0.5)×1041.6
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    表  2  不同工况下参量的取值

    Table  2.   Parameters under different working conditions

    爆炸当量/
    kt
    爆心距/
    m
    原型正压时间 /
    ms
    模型正压时间/
    ms
    原型应力峰值/
    MPa
    模型应力峰值/
    MPa
    原型地应力/
    MPa
    模型地应力/
    MPa
    30100015.301.7616.400.2227.00.36
    30150038.764.488.600.1140.50.54
    30200075.128.705.400.0754.00.72
    50200038.704.467.120.1054.00.72
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    表  3  材料刚度参数

    Table  3.   Stiffness parameters of different shaping materials

    整形材料刚度 / (N·m−1)所处阶段
    油(充满)假定不可压缩弹性阶段
    水(不充满)直接塑性
    钢块3.68×1010弹性阶段
    压板4.18×108弹性阶段
    橡胶1.07×105弹性阶段
    吸水海绵2.05×103弹性阶段
    密封胶泥直接塑性
    直接塑性
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-12
  • 修回日期:  2021-09-26
  • 网络出版日期:  2021-12-25
  • 刊出日期:  2022-02-28

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