爆炸荷载下岩质边坡动力响应规律研究

为研究爆炸荷载作用下边坡岩体的动力响应变化规律,基于背景工程结合岩质边坡下部台阶爆破开挖进行现场振动监测,建立了岩质边坡动力响应数值计算模型,系统分析了边坡岩体质点峰值振速、应力场及位移场的变化和分布规律。结果显示:边坡坡顶处,质点峰值振速均随爆心距增大而衰减,且衰减速率随爆心距增加逐渐减小;边坡坡面上,相邻台阶上存在高程放大效应现象,局部放大系数达1.50;同一台阶外缘"鞭梢效应"显著,靠近爆源处台阶外缘质点峰值振速放大系数为1.46,"鞭梢效应"随高程增加逐渐减弱;台阶边坡坡脚处应力集中明显,坡形骤变对应力波动影响较大,受"鞭梢效应"影响,边坡台阶上质点峰值振速最大值与应力最大值出现位置无相关性。     

台阶爆破振动传播规律及动力响应特征研究

针对台阶爆破施工对邻近建(构)筑物的破坏问题,以某台阶爆破工程为背景,通过现场实验及数值计算,研究了水平距与高程共同作用下单响最大药量为3.8 kg、直径为38 mm孔爆破振动传播规律及动力响应特征。研究表明:振速响应特征规律与现场实测一致,水平距与高程共同作用下爆源近处峰值振速衰减较快,远处衰减较慢,垂向出现典型的高程放大效应,放大系数为1.2倍,但总体峰值振速并没有出现放大效应,主频率与总体峰值振速保持较好的一致性,总体呈衰减趋势;位移响应特征规律与振速变化趋势一致,合成峰值位移与合成峰值振速存在函数关系y=0.18+0.74v。     

小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性影响研究

为研究小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性的影响,以浙江义东高速防军隧道项目为工程背景,根据能量衰减规律推导出爆破施工中围岩振速计算公式,采用有限元软件MIDAS GTS NX模拟不同净距条件下围岩振速及应力的变化规律,将围岩振速数值结果与理论值进行对比分析,验证了振速计算公式的准确性。根据振速与应力之间关系,提出保证隧道安全施工的振速阈值。结果表明：后行洞围岩振速大小理论值与模拟值最大相对误差为5.9%,与现场监测数据最大相对误差为7%,验证了理论公式的准确性;后行洞隧道振速峰值与先行洞隧道爆破中心距呈负相关,围岩迎爆侧面监测点振速峰值大于背爆侧,2D为防军隧道爆破施工时最小安全净距(D为隧道净距),此时上台阶开挖最大振速峰值约为下台阶的1.2倍;爆破开挖后围岩应力峰值与振速峰值主要集中在拱腰及拱脚附近,随着净距增大,先行洞对后行洞的影响逐渐减弱,最终忽略不计;爆破作用下,围岩应力峰值和振速峰值具有一定线性关系,保证隧道爆破安全施工的振速控制阈值为1.9 cm/s,研究成果可为今后类似小净距隧道工程爆破施工提供借鉴。     

爆破振动作用下地下洞室临界振速的研究

利用波函数展开法,分析了爆破地震波与邻近圆形洞室的相互作用,推导了爆破地震波作用下圆形地下洞室围岩的应力和位移表达式,求出了爆破地震波频率不同和围岩性质不同时围岩周围的应力和振速分布.结合应力和振速分布及围岩的抗拉强度,得到了不同工况下围岩的临界破坏振速.     

掏槽孔爆破引起的围岩动力响应研究

通过数值模拟,研究了掏槽孔起爆时开挖隧洞围岩的动力响应规律,得到了不同爆心距处围岩的峰值振速分布规律,以及爆破振动峰值振速在不同部位的衰减规律.研究结果与试验结果类似,说明应用数值模拟方法研究隧洞爆破开挖对开挖洞室的影响是可行的,所得结论可以作为实际工程的参考.     

高陡边坡动力响应研究

为研究爆破荷载作用下高陡边坡的动力稳定性问题,依托国家高山滑雪中心(延庆赛区)索道平台处边坡爆破工程,在现场监测的基础上结合数值模拟对爆破破岩过程中边坡的速度场、应力场和位移场进行了研究。研究结果表明:对于边坡坡顶平面,随着爆心距的增大,质点振速峰值呈现衰减趋势,一定范围内V_(垂向)V_(径向)V_(切向),质点垂向振速主频主要集中在0～50 Hz范围;对边坡坡面,随着爆心距增大,质点振速、位移总体呈现衰减趋势,台阶处受"鞭梢效应"影响,产生放大效应,并且具有方向性;台阶处应力峰值与振速峰值并非在同一位置出现,岩体边坡的岩体边坡的稳定性应综合考虑振速峰值大小及应力是否超过岩体的抗拉强度来判断。     

爆破振动作用下大型地下洞室群围岩动力响应及合理间距分析

大型地下水封石油洞库由多个地下洞室构成,洞室通常不设衬砌结构,在洞库设计时,洞室之间的间距是需要重点考虑的一个因素.依托某地下水封石油洞库工程,采用现场监测与数值模拟相结合的方法,分析了爆破振动作用下,地下洞室群围岩的动态响应及振动衰减规律.地下洞室掌子面爆破引起的围岩振速在横断面方向随远离爆心呈指数衰减;当在爆破洞室...     

下穿隧洞爆破掘进对既有隧洞的振动影响

结合福建晋江隧洞小角度下穿既有上行隧洞的工程施工,采用爆破振动监测和数值模拟方法,研究在建隧洞相对空间变化条件下邻近既有洞的动力响应与振动影响。结果表明:距爆源30 m以内,结构部位和爆心距共同影响振速分布;30 m以外区域,以爆心距影响为主。指出既有隧洞最大振速出现于爆源前方5 m范围内迎爆侧底板高程上,爆源近区的竖直向峰值质点振动速度是控制结构安全的主要监测指标,提出适用于不同监测区域的振速控制值的选取方法。     

高陡边坡爆破对下方洞室的振动影响

以长河坝水电站泄洪放空系统及中期导流洞工程出口边坡爆破开挖为背景,分析了边坡爆破地震波对下邻地下洞室安全的影响。运用理论分析及现场监测等方法,在充分分析现场工程条件的基础上,确定了放空洞和3#泄洪洞的振动测点位置,共获得了21组爆破振动测试数据。结果表明:放空洞底脚处峰值振速为垂直方向4.32cm/s;3#泄洪洞洞壁距底板0.5m处的峰值振速为水平方向4.05cm/s;洞室与爆区的相对空间位置不同,其峰值振速所在的方向不同。认为尽管边坡爆破位于洞室群的上方且距离较近,但只要爆破方案及其参数控制得当,可以保证洞室群安全。     

高陡边坡爆破对下方洞室的振动影响

以长河坝水电站泄洪放空系统及中期导流洞工程出口边坡爆破开挖为背景,分析了边坡爆破地震波对下邻地下洞室安全的影响。运用理论分析及现场监测等方法,在充分分析现场工程条件的基础上,确定了放空洞和3#泄洪洞的振动测点位置,共获得了21组爆破振动测试数据。结果表明:放空洞底脚处峰值振速为垂直方向4.32cm/s;3#泄洪洞洞壁距底板0.5m处的峰值振速为水平方向4.05cm/s;洞室与爆区的相对空间位置不同,其峰值振速所在的方向不同。认为尽管边坡爆破位于洞室群的上方且距离较近,但只要爆破方案及其参数控制得当,可以保证洞室群安全。     

片岩隧道爆破对本洞和邻洞围岩的扰动分析

隧道爆破扰动会引起本洞或邻近隧道的围岩振动和应力重分布,致使既有隧道的结构遭受破坏,从而危及行车安全。为探究隧道开挖引起的截面围岩质点振速峰值和拉应力峰值的关系及其分布规律,结合十白高速公路碳质片岩隧道爆破工程,运用LS-DYNA软件对连拱隧道掘进爆破和单隧道掘进爆破工况进行了计算,探明了典型截面围岩质点振动峰值和动拉应力峰值分布特征,分析得出了在爆破近区隧道围岩质点振速峰值方向和拉应力峰值方向之间相互垂直及其分布规律,在爆破中远区隧道围岩质点振速峰值方向和拉应力峰值方向相同并在一定范围类存在比例关系,为隧道开挖过程中最佳测点布设提供理论依据,并能为类似实际工程提供参考依据。     

大型地下厂房开挖爆破振动动力响应数值模拟

针对向家坝水电站主厂房爆破施工诱发振动效应对围岩稳定及相关结构安全性影响,通过动力有限元数值模拟,研究地下厂房在开挖爆破振动荷载作用下动力响应。结果表明,顶拱拱脚处质点振速及拉应力最大,拱脚以上质点振速及最大拉应力迅速衰减;岩锚梁黏结面底部或顶部拉应力最大,与水平向质点振速相关性较好;高边墙质点振速与最大拉应力随高差增加而减小。综合分析数值计算结果与大量爆破振动实测数据,建议围岩及混凝土龄期大于28d的岩锚梁安全质点振速分别取15 cm/s及10 cm/s,且有一定安全储备。     

三峡地下厂房爆破开挖振动衰减规律研究

基于三峡地下厂房爆破开挖实测资料,对影响爆破振动衰减规律的主要因素进行了分析。研究结果表明:夹制作用比较大的掏槽爆破近区质点振速大于崩落爆破,而振速峰值衰减较快;相对爆源不同方向的振动衰减规律也不相同,前冲向质点振动衰减指数大于侧向质点振动衰减指数;装药结构也影响爆破振动衰减规律,预裂爆破与光面爆破诱发振动衰减经验公式的K值远小于正常的梯段爆破,而其α值则比较小。预裂爆破与光面爆破的装药结构一致,因此衰减公式预测曲线衰减规律相同,但预裂爆破处于较大的夹制约束状态,其质点振动峰值大于光面爆破。     

三峡地下厂房爆破开挖振动衰减规律研究

基于三峡地下厂房爆破开挖实测资料,对影响爆破振动衰减规律的主要因素进行了分析。研究结果表明:夹制作用比较大的掏槽爆破近区质点振速大于崩落爆破,而振速峰值衰减较快;相对爆源不同方向的振动衰减规律也不相同,前冲向质点振动衰减指数大于侧向质点振动衰减指数;装药结构也影响爆破振动衰减规律,预裂爆破与光面爆破诱发振动衰减经验公式的K值远小于正常的梯段爆破,而其α值则比较小。预裂爆破与光面爆破的装药结构一致,因此衰减公式预测曲线衰减规律相同,但预裂爆破处于较大的夹制约束状态,其质点振动峰值大于光面爆破。     

爆破震动作用下地下洞室支护结构的动态响应分析

大跨度地下洞室顶拱锚喷支护结构在爆破震动作用下的稳定问题是决定地下厂房安全施工与运行的关键因素,运用动力有限元数值模拟,研究了该类型支护结构在爆破震动作用下的动态响应特点,得出了结构中峰值振速和峰值应力的分布规律.     

隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆动力响应特征及安全控制研究EI北大核心CSCD

明晰隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆的动力响应特征,保证锚杆支护系统的安全稳定是隧道高效建设及安全运行的关键。基于龙南隧道各级围岩爆破开挖工程,采用动力有限元数值模拟软件ANSYS/LS⁃DYNA,分别建立不同围岩级别、不同注浆龄期砂浆锚杆爆破开挖动力有限元计算模型,分析隧道爆破作用下各部位砂浆锚杆的动力响应特征与失效机制。研究表明,各级围岩爆破开挖时,隧道拱顶的锚杆振动速度与轴力均最大,锚杆部件端部为最危险点,沿隧道轴线方向,锚杆的振动速度与轴力均随爆破距离的增大而不断衰减;各部位的锚杆峰值振速随着注浆龄期的增加而减小,轴力随注浆强度的增加而减小,其剪力值也会减小;拱顶锚杆的轴力值与峰值振速具有线性关系,其与围岩级别以及龄期的大小有关,根据锚杆安全轴力可以计算得到不同围岩级别、不同养护龄期隧道爆破开挖砂浆锚杆的安全控制振速。     

大断面小净距隧道原位扩建爆破振动控制

为控制原位扩建隧道爆破开挖对邻近运营隧道结构安全的影响,以国内罕见的大帽山大断面小净距隧道原位扩建施工为背景,从炸药直接起爆的角度,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了邻近运营隧道情况下隧道原位扩建爆破效应的数值计算模型,分析了爆破应力波在围岩和运营隧道衬砌中的传播规律。数值分析表明:围岩破坏应变的大小对计算结果影响较大,通过数值模拟与爆腔尺寸经验公式计算结果的比较得到了围岩的合理破坏应变值;运营隧道迎爆面拱顶及侧墙中部动力响应显著,邻近运营隧道衬砌的破坏主要是由质点振速超过安全允许值造成的;通过不同装药量爆破数值模拟结果的分析,提出了大帽山隧道原位扩建爆破最大段的控制药量。     

分岔隧道过渡段的爆破振动特性研究

由于分岔隧道过渡段具有特殊的受力结构形式,爆破开挖产生的振动极易造成中隔墙和岩体失稳。以六月田分岔隧道过渡段为工程背景,对先行隧道的爆破振动进行实时监测。通过对爆破振动数据进行分析,得出先行隧道不同围岩级别、监测位置的振动波传播规律。运用三维数值模拟软件,对后行隧道爆破振动作用下先行隧道混凝土衬砌的力学特性进行研究。结果表明:连拱段中隔墙迎爆侧的径向振速最大;小净距段中夹岩的振速衰减幅度要小于连拱段中隔墙;爆破振动对先行隧道混凝土衬砌产生的最大拉应力、剪应力分别出现在迎爆侧的拱腰和拱脚;后行隧道混凝土衬砌的最大拉应力和最大振速存在线性关系,通过拟合公式计算得出临界振速,确定了分岔隧道过渡段爆破振动安全控制标准。     

中深部大型地下洞室高边墙爆破振动高程效应研究

为了研究地下洞室高边墙上质点爆破振动规律并指导地下洞室开挖,以白鹤滩水电站地下洞室群开挖为背景,在右岸主变洞内进行爆破振动试验,然后利用LS-DYNA三维动力有限元软件对开挖过程进行数值模拟,分析了地下洞室高边墙上质点爆破振动速度随高程变化规律。结果表明:当地下洞室边墙高度为16.8 m时,在距离爆源区约70 m范围内,高边墙上质点与墙脚处相比,振动速度存在不同程度的放大效应,且放大效应出现分区。当爆心距R30 m,放大作用随高差增大先增后减;当爆心距R在30～70 m范围内且为某一定值时,放大作用随高差的增大而增大;当爆心距R70 m时,高差对洞室边墙上质点的影响不再明显。另外,萨道夫斯基公式在地下洞室高边墙上仍然适用,但是利用萨道夫斯基公式预测质点振动速度时,应当将测线布置在相应预测点的同一高程上。     

地下工程施工爆破围岩损伤分区研究

基于围岩开挖爆破主频率衰减过程定义损伤变量,得到围岩爆破损伤量随爆心距变化的函数关系式;通过围岩爆破损伤量与爆心距函数关系曲线变化规律以及围岩破坏特征总结得出围岩损伤破坏的5个区,分别为:围岩粉碎区、碎裂区、破裂区、后续损伤区(扰动区)和原岩区,并得出对应的分界损伤变量、爆心距以及围岩损伤范围。以龙滩水电站右岸导流洞爆破开挖工程为例,计算结果表明:龙滩水电站右岸导流洞爆破开挖引起的岩体损伤量是爆心距的递减函数,损伤范围依次为0.5 m、0.59 m、3.16 m、8.25 m,损伤范围依次增大,增长率先增大后减小,如粉碎区到碎裂区增长率为15.3%,碎裂区到破裂区为81.3%,破裂区到后续损伤区为61.7%。围岩损伤在破裂区变化最快,此范围内爆破应力波能量衰减急剧,粉碎区、碎裂区、后续损伤区以及原岩区损伤变量随爆心距缓慢递减。实例表明,此损伤分区计算方法具有可靠性。研究成果对于有效评估地下工程施工围岩损伤特性及分析隧洞开挖优化设计具有积极意义。