尾矿库溃坝虚拟仿真实验教学方案探索

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作者 张小波 姚池 +2 位作者 武立功 杨建华 蒋水华 《高等建筑教育》 2021年第5期177-184,共8页

由于尾矿库溃坝规模大、破坏性强,在实践教学中开展物理模型实验困难较大。虚拟仿真实验教学作为一种创新型教学模式,在教育教学中得到了很好的应用并已取得良好的效果。以南昌大学尾矿库溃坝虚拟仿真实验教学体系为基础,提出“一平台... 由于尾矿库溃坝规模大、破坏性强,在实践教学中开展物理模型实验困难较大。虚拟仿真实验教学作为一种创新型教学模式,在教育教学中得到了很好的应用并已取得良好的效果。以南昌大学尾矿库溃坝虚拟仿真实验教学体系为基础,提出“一平台、二定位、三层次、四模块”的虚拟仿真实验教学方案,阐明尾矿库溃坝虚拟仿真实验教学方案及其特色,总结了虚拟仿真教学方案在实施过程中存在的两个主要问题,并提出了相应解决对策。 展开更多

关键词 尾矿库溃坝 实验教学 虚拟仿真

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头顶尾矿库溃坝下游平原区防护措施优选研究 被引量：7

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作者 李姝景 刘晓峰 +3 位作者 武立功 肖利兴 姚池 姜清辉 《金属矿山》 CAS 北大核心 2021年第3期198-205,共8页

头顶尾矿库安全风险巨大,极易引发重大安全事故,因此,对该类尾矿库溃坝泥石流演进过程和下游防护措施进行研究具有重要意义。针对下游为开阔平原地形的尾矿库,通过模型试验与数值模拟两种方法,研究了在不同下游拦挡坝布置形式下,坝体下... 头顶尾矿库安全风险巨大,极易引发重大安全事故,因此,对该类尾矿库溃坝泥石流演进过程和下游防护措施进行研究具有重要意义。针对下游为开阔平原地形的尾矿库,通过模型试验与数值模拟两种方法,研究了在不同下游拦挡坝布置形式下,坝体下游各位置的泥沙淤积厚度以及淹没范围,在此基础上对下游防护拦挡坝的布置形式进行了优选。通过分析溃坝后下游泥沙淤积厚度以及淹没范围,得出:(1)拦挡坝具有拦挡和导流的双重作用,其中导流又分为横向导流和纵向导流。(2)坝体角度不同,拦挡坝发挥的作用不同:坝体夹角越大,表现为拦挡作用越明显;坝体夹角越小,表现为导流作用越明显。(3)坝体夹角为128°的拦挡坝为最优防护措施,原因在于该坝型的折角可减缓下泄泥沙对坝体的冲击力,并且该坝型的双向导流作用增大了下泄泥沙的流动范围,降低了下游泥沙淤积厚度,能够使泥沙有效地排到周围,减小对下游居民的危害。研究成果可为下游尾矿库防护措施优选提供决策依据。 展开更多

关键词 头顶尾矿库 拦挡坝 模型试验 数值模拟 泥沙淤积厚度 淹没范围

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基于生态系统服务价值的尾矿库溃坝短期生态环境损失评估 被引量：1

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作者 蒋水华 彭浩 +2 位作者 余琦 姚池 黄劲松 《金属矿山》 CAS 北大核心 2023年第5期213-220,共8页

尾矿库溃坝不但会对下游居民生命财产安全构成威胁,而且会导致当地生态环境遭到严重破坏。为了定量评估尾矿库溃坝造成的生态环境损失,在溃坝尾砂流演进过程模拟的基础上,提出了基于生态系统服务价值的尾矿库溃坝生态环境损失评估方法... 尾矿库溃坝不但会对下游居民生命财产安全构成威胁,而且会导致当地生态环境遭到严重破坏。为了定量评估尾矿库溃坝造成的生态环境损失,在溃坝尾砂流演进过程模拟的基础上,提出了基于生态系统服务价值的尾矿库溃坝生态环境损失评估方法。以江西省某铁矿尾矿库工程为例,模拟了溃坝尾砂流演进过程,获取了该尾矿库下游受灾区域分布及危险程度区划图,并从生态系统服务价值的角度评估了尾矿库溃坝造成的短期生态环境损失。结果表明:采用Bingham流变模型可有效模拟尾矿库溃坝及尾砂演进过程,获得尾矿库下游地区受灾情况;尾矿库下游地区受到溃坝影响的生态系统主要包括森林生态系统和农田生态系统,其中森林生态系统遭受的损失最大。所提方法可为类似尾矿库工程漫顶溃坝生态环境损失评估提供理论参考。 展开更多

关键词 尾矿库 溃坝 尾砂流演进过程 短期生态环境损失 生态系统服务价值

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真实地形下尾矿库溃坝尾砂流下泄过程数值模拟 被引量：1

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作者 刘晓峰 廖宗文 +1 位作者 肖利兴 姚池 《金属矿山》 CAS 北大核心 2023年第9期206-212,共7页

为了研究尾矿库溃坝尾砂流对下游敏感目标的影响,以江西省某尾矿库为研究对象,建立了真实三维地形数值模型,利用FLOW-3D三维流体力学软件模拟分析了该尾矿库分别在不同工况下溃坝下泄尾砂流在下游1 km范围内的输移时空变化特征。结果表... 为了研究尾矿库溃坝尾砂流对下游敏感目标的影响,以江西省某尾矿库为研究对象,建立了真实三维地形数值模型,利用FLOW-3D三维流体力学软件模拟分析了该尾矿库分别在不同工况下溃坝下泄尾砂流在下游1 km范围内的输移时空变化特征。结果表明:溃坝尾砂流的发展方向、分布情况、水深以及泥沙淤积受真实三维地形变化影响较为明显,溃坝尾砂流主要分布于下游稻田和低洼地段,浅溪河作为主要行洪通道,水深变化和泥沙淤积情况较为明显,只有已搬离的浅溪村受到尾砂流淹没,洪水最远到达港口村西部鱼塘,其余村庄均未受到影响。所得结果可以为尾矿库安全运行管理和制定溃坝应急预案提供依据。 展开更多

关键词 尾矿库 FLOW-3D 溃坝 真实地形 数值模拟

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岩石高边坡爆破开挖损伤区岩体力学参数弱化规律研究 被引量：30

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作者 杨建华 代金豪 +2 位作者 姚池 蒋水华 姜清辉 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期968-975,共8页

岩石边坡爆破开挖引起的岩体力学性能劣化对边坡稳定具有不利的影响,Hoek-Brown(H-B)准则是快速估算损伤岩体力学参数的有效途径之一。针对白鹤滩水电站左岸834~750 m高程拱肩槽边坡爆破开挖,通过分析爆破后边坡岩体的声波速度,定量确定... 岩石边坡爆破开挖引起的岩体力学性能劣化对边坡稳定具有不利的影响,Hoek-Brown(H-B)准则是快速估算损伤岩体力学参数的有效途径之一。针对白鹤滩水电站左岸834~750 m高程拱肩槽边坡爆破开挖,通过分析爆破后边坡岩体的声波速度,定量确定了H-B准则中扰动因子D的取值及其随深度的变化规律,在此基础上研究了损伤区内岩体力学参数的弱化规律。研究结果表明:随着岩体深度的增加,扰动因子D线性降低,损伤区内岩体变形模量线性增大,岩体单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角和黏聚力非线性增大;爆破开挖扰动下岩体单轴抗压强度弱化最为严重,内摩擦角弱化程度最小。研究成果可为边坡稳定性分析与支护设计的岩体力学参数取值提供参考。 展开更多

关键词 岩石边坡 爆破 开挖损伤区 HOEK-BROWN准则

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高地应力岩体多孔爆破破岩机制 被引量：30

6

作者 杨建华 孙文彬 +1 位作者 姚池 张小波 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期115-124,共10页

深部岩体爆破破岩是爆炸荷载与高地应力共同作用的结果。基于一些简化假设,建立了一个高地应力岩体双孔爆破计算模型,采用光滑粒子流体力学-有限元方法耦合数值模拟方法,研究了高地应力作用下炮孔间裂纹的传播及贯通过程,分析了炮孔周... 深部岩体爆破破岩是爆炸荷载与高地应力共同作用的结果。基于一些简化假设,建立了一个高地应力岩体双孔爆破计算模型,采用光滑粒子流体力学-有限元方法耦合数值模拟方法,研究了高地应力作用下炮孔间裂纹的传播及贯通过程,分析了炮孔周围应力场动态演化过程与分布特征。研究结果表明:爆破引起的岩体开裂主要是环向动拉应力所致,地应力对岩体的压缩降低了炮孔周围环向动拉应力、缩短了环向动拉应力的作用时间,因而对爆炸致裂起抑制作用;静水地应力条件下多孔爆破时,垂直于炮孔连线方向传播的爆生裂纹更易受到地应力的抑制;对于高地应力岩体爆破,炮孔间的裂纹扩展长度随地应力水平的提高而减小,裂纹主要沿最大主应力方向扩展,因此沿最大主应力方向布置炮孔、缩短炮孔间距有利于炮孔间裂纹的连接贯通,形成良好的爆破开挖面。 展开更多

关键词 爆破 地应力 开裂 光滑粒子流体力学-有限元方法耦合数值模拟方法

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考虑多参数空间变异性的降雨入渗边坡失稳机理及可靠度分析 被引量：42

7

作者 蒋水华 刘贤 +1 位作者 黄发明 黄劲松 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期900-907,共8页

降雨入渗边坡稳定可靠度研究大多只考虑了土体饱和渗透系数空间变异性的影响,而忽略了土体抗剪强度参数空间变异性的影响。以无限长边坡模型为例,发展了可确定不同降雨历时边坡土体含水率分布和湿润锋深度的修正Green-Ampt入渗模型,探... 降雨入渗边坡稳定可靠度研究大多只考虑了土体饱和渗透系数空间变异性的影响,而忽略了土体抗剪强度参数空间变异性的影响。以无限长边坡模型为例,发展了可确定不同降雨历时边坡土体含水率分布和湿润锋深度的修正Green-Ampt入渗模型,探讨了土体多参数(饱和渗透系数和抗剪强度参数)空间变异性与降雨入渗相互作用下的边坡失稳机理,进而比较了不同降雨历时下的边坡失效概率。结果表明:考虑土体饱和渗透系数变异性时,降雨初期较小的饱和渗透系数变异系数对应较小的边坡失效概率,但随着降雨历时的增加,较小的饱和渗透系数变异系数反而对应更大的边坡失效概率。此外,降雨初期土体抗剪强度参数空间变异性引起的滑动面位置不确定性是影响边坡稳定性的关键因素。边坡除了会沿湿润锋附近和不透水层处失稳,还可能沿因抗剪强度参数空间变异性引起的软弱带处失稳,故考虑抗剪强度参数空间变异性对应的边坡失效概率更大。相比之下,降雨后期湿润锋的推进是影响边坡稳定性的关键因素,此时不管是否考虑了抗剪强度参数空间变异性边坡都主要沿湿润锋附近失稳,获得的边坡失效概率相近。 展开更多

关键词 无限长边坡 降雨入渗 修正Green-Ampt模型 空间变异性 可靠度分析

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非线性渗流对裂隙岩体渗流传热过程的影响 被引量：10

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作者 姚池 邵玉龙 +3 位作者 杨建华 何忱 黄帆 周创兵 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1050-1058,共9页

提出了一种裂隙岩体的非线性渗流传热数值模型,首先将Forchheimer方程与雷诺方程耦合得到非线性渗流控制方程,然后结合传热控制方程,考虑裂隙与岩石基质之间的热量交换,研究了非线性渗流对裂隙岩体渗流传热过程的影响。通过与裂隙网络... 提出了一种裂隙岩体的非线性渗流传热数值模型,首先将Forchheimer方程与雷诺方程耦合得到非线性渗流控制方程,然后结合传热控制方程,考虑裂隙与岩石基质之间的热量交换,研究了非线性渗流对裂隙岩体渗流传热过程的影响。通过与裂隙网络非线性渗流试验数据对比,验证了裂隙岩体非线性渗流模型的有效性。最后,通过二维单裂隙和三维裂隙网络模型进行了非线性渗流传热分析。结果表明:该模型能够比较准确地描述裂隙岩体的非线性渗流特征,随着裂隙开度df的增加,流体的非线性效应不断加强,与达西条件下计算的渗流传热结果的偏差就越大,通过归一化导流系数T/T0确定临界水力梯度Jc,发现裂隙开度对临界水力梯度Jc起到主导性作用,且临界水力梯度Jc与裂隙开度df满足幂函数递减关系;归一化热突破时间t/t_0≥1,非线性条件下的稳定期要比线性条件下的稳定期长,并随着裂隙开度和裂隙数量的增大而增大。 展开更多

关键词 非线性渗流 渗流传热 Forchheimer方程 临界水力梯度 裂隙开度

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基于一阶逆可靠度方法的空间变异土坡坡角设计 被引量：7

9

作者 蒋水华 刘贤 +2 位作者 黄发明 黄劲松 周创兵 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1245-1252,共8页

边坡稳定性分析及设计是岩土工程中的经典问题,目前常用的确定性分析(单一安全系数)方法没有量化边坡工程中各种不确定性的影响,概率分析方法则需要进行多次可靠度试算,计算量较大。为此,提出了适合任意坡角的空间变异土坡模型重构方法... 边坡稳定性分析及设计是岩土工程中的经典问题,目前常用的确定性分析(单一安全系数)方法没有量化边坡工程中各种不确定性的影响,概率分析方法则需要进行多次可靠度试算,计算量较大。为此,提出了适合任意坡角的空间变异土坡模型重构方法,基于一阶逆可靠度方法对少量实际试验数据条件下空间变异土坡坡角进行可靠度设计。并以一个代表性的砂土边坡为例对坡角进行可靠度设计,验证了提出方法的有效性。结果表明:提出的方法可以在少量试验数据条件下获得切合工程实际的边坡设计方案,为土坡坡角可靠度设计提供了一条有效途径。对于文中砂土边坡,提出方法仅需进行4,5次迭代计算,便可获得满足目标失效概率的土坡最优坡角。相比之下,确定性分析方法因不能定量地解释边坡工程多种不确定性因素的影响,获得的设计方案与边坡工程实际相差较大。就文中算例而言,对于目标失效概率1×10-4,采用提出方法设计的砂土边坡坡角应小于14.13°;相比之下,采用确定性分析方法设计的边坡坡角与之相差较大。 展开更多

关键词 边坡 可靠度设计 空间变异性 一阶逆可靠度方法 实际试验数据

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基于贝叶斯更新方法的尾矿坝材料参数随机反演 被引量：3

10

作者 蒋水华 朱明明 +3 位作者 曾绍慧 黄劲松 杨志刚 周创兵 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期77-82,共6页

为准确获得有限数据条件下的尾矿坝材料参数取值,在贝叶斯更新理论和有限元分析框架下,提出了考虑不确定性的尾矿坝材料参数随机反演方法。为提高参数随机反演分析的计算效率,利用随机多项式展开建立尾矿坝代表性监测点位移与输入参数... 为准确获得有限数据条件下的尾矿坝材料参数取值,在贝叶斯更新理论和有限元分析框架下,提出了考虑不确定性的尾矿坝材料参数随机反演方法。为提高参数随机反演分析的计算效率,利用随机多项式展开建立尾矿坝代表性监测点位移与输入参数之间的隐式函数关系。以某实际尾矿坝为例,基于有限的位移监测数据进行多层尾矿材料参数随机反演分析,说明了提出方法的有效性。结果表明,提出方法可以有效缩减尾矿坝材料参数的不确定性,准确推断尾矿坝材料参数的概率分布,并识别不同材料参数(弹性模量和泊松比等)对尾矿坝变形的影响程度。 展开更多

关键词 尾矿坝 随机反演 贝叶斯方法 不确定性 监测数据

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褶皱土工膜+针刺钠基膨润土防水毯复合衬里的剪切试验研究 被引量：4

11

作者 林海 曾一帆 +2 位作者 周创兵 董平霄 施建勇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期355-361,372,共8页

防渗工程中土工膜的褶皱现象普遍存在,然而目前关于土工膜界面剪切特性的研究大都忽略了褶皱的影响。以糙面土工膜(GM)和针刺钠基膨润土防水毯(GCL)组成的复合衬里为研究对象,利用水化变形试验证实两步水化法能有效地加速含褶皱GM+GCL... 防渗工程中土工膜的褶皱现象普遍存在,然而目前关于土工膜界面剪切特性的研究大都忽略了褶皱的影响。以糙面土工膜(GM)和针刺钠基膨润土防水毯(GCL)组成的复合衬里为研究对象,利用水化变形试验证实两步水化法能有效地加速含褶皱GM+GCL复合衬里的水化步骤,使用大尺寸温控水浴直剪仪对含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性进行了试验研究。通过将含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性与无褶皱复合衬里进行对比分析,揭露了GM褶皱对复合衬里剪切特性的影响机制。GM褶皱的存在使得GM+GCL复合衬里的剪切应力-位移曲线产生较大差异,并使得低压下复合衬里的抗剪强度明显降低。GM褶皱使复合衬里产生明显的渐进破坏效应,复合衬里内部能出现多种破坏模式共存的现象。 展开更多

关键词 土工膜 褶皱 膨润土防水毯 剪切强度 破坏模式

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均质黏土坝漫顶缩尺模型的相似性优化试验研究 被引量：1

12

作者 林海 聂腾 周创兵 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期140-143,共4页

为进一步研究土石坝漫顶溃坝模型与原型之间的相似性问题,从均质黏土坝在水流冲刷作用下的起动极限状态分析入手,提出调整筑坝压实度来降低缩尺模型坝的抗冲刷能力,进而达到漫顶溃坝过程相似性优化的设想。基于黏土的抗剪强度及黏聚力... 为进一步研究土石坝漫顶溃坝模型与原型之间的相似性问题,从均质黏土坝在水流冲刷作用下的起动极限状态分析入手,提出调整筑坝压实度来降低缩尺模型坝的抗冲刷能力,进而达到漫顶溃坝过程相似性优化的设想。基于黏土的抗剪强度及黏聚力会随着压实度的降低呈非线性减小,以某土石坝工程的漫顶溃坝分析为原型,开展了不同压实度和几何比尺条件下的均质黏土坝相似漫顶流槽试验。结果表明:采用与原型黏土坝相同筑坝密实度的模型坝溃决过程与原型完全不相似,模型与原型之间的差异性会随着几何比尺的增加而愈发明显;适当减小黏土模型坝的压实度能够显著提升模型坝与原型在溃坝形态、溃决时间等溃坝过程相似性。 展开更多

关键词 漫顶 溃坝 均质黏土 缩尺模型试验 起动 压实度

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不同温度下水化针刺GCL+GM复合衬里的剪切特性 被引量：5

13

作者 韩卓韦 林海 施建勇 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期962-967,共6页

针刺GCL和糙面土工膜(GM)组成的复合防渗衬里应用广泛,其在用于处置矿物冶炼废物或固体废弃物等情况时可能面临变化的温度环境。针对复合衬里剪切强度的温度效应问题,利用大尺寸温控水浴直剪仪对水化针刺GCL+GM复合衬里开展了不同温度... 针刺GCL和糙面土工膜(GM)组成的复合防渗衬里应用广泛,其在用于处置矿物冶炼废物或固体废弃物等情况时可能面临变化的温度环境。针对复合衬里剪切强度的温度效应问题,利用大尺寸温控水浴直剪仪对水化针刺GCL+GM复合衬里开展了不同温度下不限定剪切破坏面的整体剪切试验。获得了复合衬里在10℃~70℃温度范围内的剪切强度,揭示了复合衬里在不同水化温度条件和法向应力下的剪切破坏特征。试验结果表明:复合衬里的应力位移曲线在所有测试温度下都表现出明显的峰值和后峰值软化现象;复合衬里的峰值剪切强度和大位移抗剪能力均在接近室温的20℃条件下达到最大值,升高或降低温度都将使得复合衬里的剪切强度出现明显减小;温度环境的改变对复合衬里的剪切强度和破坏模式影响显著,温度效应对含土工合成材料边坡稳定安全的影响应引起重视。 展开更多

关键词 温度 针刺GCL 复合衬里 剪切强度 破坏特征

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干湿循环条件下岩石蠕变本构模型研究及应用 被引量：4

14

作者 侯迪 许珍 +2 位作者 莫至坤 姚池 叶志伟 《人民长江》 北大核心 2023年第12期218-224,共7页

库水位周期性涨落使库区边坡岩石反复经历干湿循环过程,岩石蠕变特性发生显著变化,直接影响边坡稳定。针对干湿循环条件下岩石蠕变特性,将非线性阈值元件与西原模型串联,建立了考虑干湿循环作用的岩石蠕变本构模型。将该模型嵌入FLAC 3... 库水位周期性涨落使库区边坡岩石反复经历干湿循环过程,岩石蠕变特性发生显著变化,直接影响边坡稳定。针对干湿循环条件下岩石蠕变特性,将非线性阈值元件与西原模型串联,建立了考虑干湿循环作用的岩石蠕变本构模型。将该模型嵌入FLAC 3D分析程序中,并用于锦屏一级水电站左岸边坡蠕变分析。研究结果表明:提出的非线性蠕变本构模型可以准确描述岩石蠕变的全过程,通过二次开发分析程序能准确计算岩石蠕变位移,将其用于模拟分析不同干湿循环次数下边坡蠕变效果良好,能直观给出边坡蠕变位移显著增大区域的位置和范围,可为采取合理工程措施以保持边坡稳定及保障库坝运行安全提供参考。 展开更多

关键词 水库边坡 岩石 干湿循环 蠕变特性 本构模型 锦屏一级水电站

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爆破荷载诱发节理岩体边坡位移突变的能量机理研究 被引量：1

15

作者 代金豪 杨建华 +1 位作者 胡英国 姚池 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2021年第2期100-106,共7页

爆破荷载是水利水电工程岩石边坡开挖主要动力扰动因素之一,在爆破开挖过程中常会出现位移突变。首先根据某节理岩质边坡实测位移数据进行分析,然后结合数值模拟研究了爆破荷载诱发节理岩体边坡位移突变机理及其变化规律,最后探讨爆破... 爆破荷载是水利水电工程岩石边坡开挖主要动力扰动因素之一,在爆破开挖过程中常会出现位移突变。首先根据某节理岩质边坡实测位移数据进行分析,然后结合数值模拟研究了爆破荷载诱发节理岩体边坡位移突变机理及其变化规律,最后探讨爆破设计参数对节理岩体边坡位移突变的影响。研究表明:爆破荷载下,节理岩体的位移突变是由爆破荷载升压阶段岩体的应变能积累突然释放引起的,位移突变量由积聚的应变能密度峰值和应变能密度释放速率共同决定;爆破荷载峰值越大、升压时间越长,积聚的应变能越多;降压时间越短,应变能密度释放速率越快,从而导致突变位移越大。研究结果可为类似边坡工程的爆破开挖安全控制提供参考。 展开更多

关键词 节理岩体 边坡 爆破荷载 位移 应变能

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