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炮孔间距对偏心不耦合装药贯通裂纹扩展的影响

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山东科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 1-10页

作者：张宪堂刘小康王向阳周红敏王洪立山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590

为研究光面爆破中偏心不耦合装药炮孔间距对贯通裂纹扩展的影响,利用同心不耦合装药的孔壁压力计算公式并结合应力波叠加原理,推导偏心不耦合装药的炮孔间距计算方法。基于求得的炮孔间距范围,计算3种岩石介质在不同炮孔间距条件下贯通... 详细信息

为研究光面爆破中偏心不耦合装药炮孔间距对贯通裂纹扩展的影响,利用同心不耦合装药的孔壁压力计算公式并结合应力波叠加原理,推导偏心不耦合装药的炮孔间距计算方法。基于求得的炮孔间距范围,计算3种岩石介质在不同炮孔间距条件下贯通裂纹的扩展位置,并选择砂岩材料进行数值模拟。结果表明:偏心不耦合装药爆破中,贯通裂纹主要集中于偏心侧;抗拉强度大的岩石,贯通裂纹偏离炮孔连心线的程度也较大。砂岩的炮孔间距为60 cm时,贯通裂纹扩展方向与炮孔连心线重合,连心线下方出现裂纹比较集中的贯通区域;炮孔间距的增大导致贯通裂纹远离炮孔连心线,从而造成欠挖。偏心不耦合装药爆破后,偏心侧岩石的损伤明显大于非偏心侧。

关键词：光面爆破偏心不耦合装药炮孔间距贯通裂纹炮孔连心线

考虑碰撞作用的节理裂隙岩体爆破块度预测研究

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岩石力学与工程学报 2002年第8期21卷 1141-1146页

作者：张宪堂陈士海山东科技大学爆破研究所泰安271019

结合Grady根据破碎能量守则给出的脆性材料动态平均块度尺寸的公式,充分考虑爆炸应力波对岩体的破碎作用和在爆生气体膨胀及渗流压力作用下岩块之间的相互挤压碰撞作用,建立了包含损伤变量的爆破块度分布的理论计算模型,得出了平均块度(... 详细信息

结合Grady根据破碎能量守则给出的脆性材料动态平均块度尺寸的公式,充分考虑爆炸应力波对岩体的破碎作用和在爆生气体膨胀及渗流压力作用下岩块之间的相互挤压碰撞作用,建立了包含损伤变量的爆破块度分布的理论计算模型,得出了平均块度(50K)和筛下累积百分率(XP)之间的关系,并进行了数值模拟和实验验证。模拟和实验结果表明,运动岩块间的挤压碰撞作用是影响爆破平均块度的一个重要因素,尤其对于质量较差的岩石更是如此。并得出了一些有益的结论,对指导工程实践具有一定的参考价值。

关键词：碰撞节理裂隙岩体损伤爆破块度

基于改进的MEEMD的隧道掘进爆破振动信号去噪优化分析

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振动与冲击 2023年第10期42卷 74-81页

作者：周红敏赵事成赵文清王双郝广伟张宪堂山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东省路桥集团有限公司济南250011

爆破振动信号受现场条件限制,多为复杂含噪信号,对降噪方法的性能提出更高要求。为了获得真实振动特征,建立了一种基于改进的总体平均经验模态分解(modified ensemble empirical mode decomposition,MEEMD)的联合去噪方法。首先,将原始... 详细信息

爆破振动信号受现场条件限制,多为复杂含噪信号,对降噪方法的性能提出更高要求。为了获得真实振动特征,建立了一种基于改进的总体平均经验模态分解(modified ensemble empirical mode decomposition,MEEMD)的联合去噪方法。首先,将原始信号进行MEEMD分解得到本征模态分量(intrinsic mode function,IMF),结合相关系数和样本熵(sample entropy,SE)-Hurst指数进行IMF分类;然后,针对含噪IMF分量中的残留噪声,使用最小均方(least mean square,LMS)自适应滤波进行降噪,达到信号去噪的目的。算法对比结果表明:在仿真试验中,MEEMD-LMS相较互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)、快速集合经验模态分解(fast ensemble empirical mode decomposition,FEEMD)等方法表现出更优的降噪性能;在隧道掘进爆破的实例分析中,MEEMD-LMS相较MEEMD对高频噪声的降噪效果更好,低频段频谱更清晰,具备良好的适用性。

关键词：隧道掘进爆破振动改进的总体平均经验模态分解(MEEMD) 最小均方(LMS)滤波本征模态分量(IMF)评价

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双孔切缝爆破裂纹扩展机理及损伤特性研究

爆破 2023年

作者：张宪堂陈长青刘小康夏姣姣周红敏山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室

为研究双孔切缝爆破控制断裂损伤效果，开展现场双孔切缝爆破试验，结合ANSYS/LS-DYNA软件构建试验双孔切缝爆破模型，对比分析其裂纹扩展与孔壁气体单元压力变化。现场结果表明：爆后两炮孔间在切缝方向形成贯穿相交断裂面，半眼残痕... 详细信息

为研究双孔切缝爆破控制断裂损伤效果，开展现场双孔切缝爆破试验，结合ANSYS/LS-DYNA软件构建试验双孔切缝爆破模型，对比分析其裂纹扩展与孔壁气体单元压力变化。现场结果表明：爆后两炮孔间在切缝方向形成贯穿相交断裂面，半眼残痕更加明显；改变切缝角度至157°，裂纹仍会向切缝方向发展，切缝导向作用不受角度改变而影响；增设孔间空孔时断裂效果优于无空孔切缝爆破，说明空孔的存在能有效改善切缝爆破的定向断裂效果。模型结果显示：裂纹扩展与损伤与现场结果基本拟合，对比分析双孔切缝爆破与普通光面爆破模型，应力波的叠加作用使得孔间裂纹发育发生偏转，在两炮孔间形成裂纹空白带；分析孔壁0°～90°周围气体单元压力峰值，切缝方向达到压力峰值的时间早于非切缝方向，切缝爆破在0°～15°区间内，压力峰值下降幅度较大，随后曲线逐渐趋于平缓，角度越大，峰值变化也越来越小；切缝管在爆炸过程中有效地控制爆炸能量的分布，在切缝处形成应力集中，最大应力峰值约为垂直方向4倍以上。

关键词：聚能切缝爆破双孔爆破数值模拟爆破损伤压力分析

空孔直径对有围压直眼掏槽爆破破碎效果的影响

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煤炭科学技术 2023年第10期51卷 55-64页

作者：张宪堂马力余辉张经双朱宝合周红敏王向阳山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590 安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001 中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410004

掏槽爆破是井巷爆破掘进的关键技术,高围压对掏槽爆破效果有明显的抑制效果,而空孔对于提高掏槽爆破效率具有重要意义,但目前相关研究并不充分。为研究中空孔直径对围压作用下掏槽爆破破碎效果的影响,制作边长为600 mm、砂胶质量比为2∶... 详细信息

掏槽爆破是井巷爆破掘进的关键技术,高围压对掏槽爆破效果有明显的抑制效果,而空孔对于提高掏槽爆破效率具有重要意义,但目前相关研究并不充分。为研究中空孔直径对围压作用下掏槽爆破破碎效果的影响,制作边长为600 mm、砂胶质量比为2∶1的立方体水泥砂浆试块,并通过电液伺服加载系统对试块施加双向等围压,进行直眼掏槽爆破水泥砂浆相似模型试验。对爆后爆破块度进行筛分统计分析,分析研究了不同中空孔直径下模型碎块块度分布、平均粒径,通过分形维数表征碎块分形特征,量化分析了碎块破碎程度。采用ANSYS/LS–DYNA软件基于试验模型参数建立了数值模型,分析了不同空孔直径时不同时刻的应力云图。研究结果表明:炮孔装药量分别为2 g和3 g时,中空孔直径为24 mm和16 mm的模型碎块分形维数最大,此时碎块粒径主要集中19~75 mm的中部区间,且此时碎块总质量最大,分别为3.128、3.615 kg,空孔直径不同时,空孔附近产生的应力集中效应与反射拉伸波效果不同,使得掏槽爆破破碎效果不同,适宜的空孔直径能够有效利用空孔效应,空孔附近应力波峰值和作用范围较大,应力波作用时间较长,因此破碎效果较好;空孔直径过小,空孔附近应力较小,空孔直径过大时,应力波由空孔溢出,应力集中叠加后的压应力较小,且拉伸应力作用区域较小,空孔直径过大或过小都会使大块度碎块占比较高;装药量为3 g时,空孔直径32 mm与16 mm模型碎块的分形维数差值大于16 mm与无空孔模型碎块分形维数的差值,说明当空孔直径过大时对碎岩块度的影响更大;空孔直径同为16 mm时,3 g装药量模型的碎块平均粒径小于2 g装药量模型,分形维数及碎块总质量大于2 g装药量模型试块,说明当空孔直径相同时增加装药量可以提高岩石的破碎度及槽腔体积。

关键词：爆破掘进掏槽爆破空孔直径分形维数破碎效果数值模拟

地应力作用下四孔掏槽爆破破岩机理数值模拟研究

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山东科技大学学报（自然科学版） 2022年第2期41卷 60-69页

作者：皇新宇纪强张宪堂焦淑军魏海霞山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590 日照市政工程有限公司山东日照276800 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

为研究地应力作用下岩石爆破破岩机理,基于RHT本构建立岩石四孔掏槽爆破模型,对不同地应力条件下掏槽爆破岩石损伤裂纹的演化规律和炮孔周围应力场动态变化过程进行数值模拟研究。结果表明:地应力抑制了掏槽爆破损伤裂纹的扩展,随着地... 详细信息

为研究地应力作用下岩石爆破破岩机理,基于RHT本构建立岩石四孔掏槽爆破模型,对不同地应力条件下掏槽爆破岩石损伤裂纹的演化规律和炮孔周围应力场动态变化过程进行数值模拟研究。结果表明:地应力抑制了掏槽爆破损伤裂纹的扩展,随着地应力的增大,掏槽损伤区域减小,切向拉应力峰值降低;侧压系数的变化体现了爆破损伤裂纹扩展的各向异性,损伤裂纹扩展趋向最大地应力方向;设置空孔能够对爆炸应力波产生导向作用,促进炮孔间损伤裂纹的贯穿和发育,改善掏槽爆破破岩效果。

关键词：高地应力四孔掏槽爆破损伤演化切向拉应力数值模拟

考虑抗力修正系数和静载试验效率的RC简支梁桥限载取值

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土木工程学报 2020年第10期53卷 99-105页

作者：李松辉李灿聂瑞锋张宪堂山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590

为确定静载试验验证后钢筋混凝土简支梁桥的限载取值,提出一种考虑抗力修正系数和静载试验效率的钢筋混凝土简支梁桥限载分析方法。首先,以桥梁设计活恒载比值为基本参数,建立抗力下限值与验证荷载间的关系式,并构造考虑抗力左截尾数分... 详细信息

为确定静载试验验证后钢筋混凝土简支梁桥的限载取值,提出一种考虑抗力修正系数和静载试验效率的钢筋混凝土简支梁桥限载分析方法。首先,以桥梁设计活恒载比值为基本参数,建立抗力下限值与验证荷载间的关系式,并构造考虑抗力左截尾数分布特征的限载分析模型。进而,根据钢筋混凝土梁抗弯承载能力设计表达式,计算与不同抗力修正系数和静载试验效率对应的结构安全等级一级桥梁限载系数。最后,通过分析现行规范桥梁汽车荷载效应与典型车辆荷载效应比值,提出典型五轴车辆的限载建议值。结果表明:抗力修正系数和荷载效率对桥梁限载取值有较为明显的影响;在相同设计活恒载比值下,抗力修正系数和静载试验效率越大,试验验证后桥梁容许的典型车辆总重限值也就越高;研究成果可为静载试验后桥梁的限载取值提供依据。

关键词：公路桥梁限载抗力修正系数静载试验效率可靠度分析

基于LMD-MFE-SVD的松动爆破降噪分析

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爆破 2023年第4期40卷 174-182页

作者：周红敏赵事成王慧珍余辉李文豪张宪堂山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室青岛266590 安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心淮南232001

为提高松动爆破振动信号分析精度,在局部均值分解(LMD)的基础上,建立一种基于局部均值分解(LMD)-多尺度模糊熵(MFE)-奇异值滤波(SVD)的混合去噪方法。使用LMD方法对松动爆破振动信号进行分解,获得一系列乘积分量(PF);通过计算MFE和相关... 详细信息

为提高松动爆破振动信号分析精度,在局部均值分解(LMD)的基础上,建立一种基于局部均值分解(LMD)-多尺度模糊熵(MFE)-奇异值滤波(SVD)的混合去噪方法。使用LMD方法对松动爆破振动信号进行分解,获得一系列乘积分量(PF);通过计算MFE和相关系数,对爆破振动信号进行初步降噪;针对主要PF分量的残留噪声,使用SVD滤波进行降噪处理,提取真实信号成分。通过上述处理,最终实现松动爆破信号降噪。结果表明:提出的LMD-MFE-SVD降噪方法具有可行性和应用价值,能够对含噪的PF分量进行有效处理;对于含多信号成分、多噪声的仿真信号,LMD类算法相较EMD类改进算法降噪效率更高,信噪比(SNR)、均根方误差(RMSE)和失真百分比(PRD)指标表现显著提升,而相较LMD算法,提出的LMD-MFE-SVD算法降噪效率进一步提高,依次提升11.73%、22.07%和9.25%,降噪效率显著;根据实测松动爆破振动信号去噪后的波形和频谱对比,提出的LMD-MFE-SVD降噪后的信号波形更为集中,能保留多数信号信息,信号频谱图更为清晰,有效显示信号频率波峰,更利于松动爆破振动信号的特征分析。

关键词：松动爆破振动降噪局部均值分解多尺度模糊熵奇异值滤波

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不同技术状况等级下公路桥梁限载

交通运输工程学报 2020年第6期20卷 126-134页

作者：李松辉李硕聂瑞锋张宪堂山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590

以现行《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004)为依据,提出一种考虑桥梁实际技术状况等级的钢筋混凝土简支梁桥限载分析方法,并推算了不同时期规范中桥梁在不同技术状况等级下的典型车辆限载建议值;以结构可靠度理论和现行规范设计表达式... 详细信息

以现行《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004)为依据,提出一种考虑桥梁实际技术状况等级的钢筋混凝土简支梁桥限载分析方法,并推算了不同时期规范中桥梁在不同技术状况等级下的典型车辆限载建议值;以结构可靠度理论和现行规范设计表达式为基础,以设计活恒载比为基本参数建立了公路桥梁限载简化分析模型;以现行桥梁设计规范抗力标准值为基准确定了不同技术状况等级桥梁对应的抗力修正系数;应用公路桥梁限载分析程序分别计算了按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023—85、JTG D62—2004和JTG 3362—2018)设计的桥梁在不同技术状况等级下的限载系数;依据设计汽车荷载标准值效应限值与典型车辆荷载效应等效假定,提出了钢筋混凝土简支梁桥的限载建议值。分析结果表明:在相同的技术状况和安全等级下,JTJ 023—85规范中汽车-超20级和汽车-20级桥梁限载较JTG D62—2004规范中安全等级一级的公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级高,最大差值分别为1.2和5.0 t;JTG 3362—2018规范中公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级的桥梁限载明显高于JTJ 023—85和JTG D62—2004规范,最大差值分别为13.8和8.6 t,且技术状况等级越高,桥梁限载差值越大;不同时期规范中桥梁初始设计抗力的差异导致其在相同技术状况等级下的典型车辆限载不同,在按技术状况等级对在役桥梁制定限载措施时,应考虑不同时期设计规范的影响。

关键词：桥梁工程限载可靠度理论限载系数抗力修正系数抗力折减系数技术状况等级