运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯（HDPE）管道现场爆破试验,分析不同工况条件下（不同药量、不同爆破心距）无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态（即不同充水水位高度）HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准. 研究结果表明：当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.     

粉质黏土层直埋铸铁管道爆破地震效应

针对武汉市区内常见直埋球墨铸铁管道,设计实施邻近预埋管道的全尺寸爆破实验. 结合有限元数值计算方法,考虑管道不同埋深,研究爆破地震作用下粉质黏土地层内直埋管道动力响应. 研究结果表明,管道和地表峰值振速（PPVs）随爆源与管道距离的减小而增大,在管道正下方爆破为最危险工况. 管道中心截面为危险截面,危险截面PPVs以管腰和管底较大,动态应变以轴向拉伸应变为主,环向应变次之,峰值有效应力以底部单元最大,管道肩部最小. 管道不同埋置深度和PPVs具有比例关系,通过实测地表振速与管道有效应力关系可以预测管道截面爆破峰值有效应力,计算关系式可以为岩土爆破施工中邻近管道的安全性评价提供计算方法.     

爆破振动作用下邻近埋地混凝土管道动力响应特性

为保证埋地混凝土管道在爆破施工过程的安全性,采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对超浅埋地铁站通道爆破开挖邻近埋地混凝土管道的动力响应进行研究.通过建立管道拉应力峰值和振动速度峰值的函数关系,由最大拉应力强度理论得到管道的爆破控制振速.由管道不同断面最大振速与对应位置管道正上方地表振速之间关系,提出保证管道安全的地表爆破控制振速.结果表明:空管状态下,掌子面后方,管道断面底部和中部振速较为接近,顶部振速最小;掌子面前方,管道断面质点振速呈现出底部最大、中部次之、顶部最小的振动特征;沿着管道轴线方向,质点振速最大的位置出现在掌子面前方3 m管道断面底部位置.管道在空管和满水两种状态下质点振动特征基本一致,管道中水的存在能降低管道质点振速,最大降低幅度为7.3%.管道的爆破控制振速为10.84 cm/s,保证管道安全的地表爆破控制振速为4.53 cm/s.确定的爆破控制振速可以指导现场爆破施工.     

井下生产爆破对地表建筑物的影响分析

总结分析了采用振动主频、振动应力、振动速度等不同标准评价爆破振动强度的方法,针对屋场下采矿爆破的实际工程,分析计算了不同爆破作用圈半径大小,给出了振速与距离的关系.     

井下生产爆破对地表建筑物的影响分析

总结分析了采用振动主频、振动应力、振动速度等不同标准评价爆破振动强度的方法，针对屋场下采矿爆破的实际工程，分析计算了不同爆破作用圈半径大小，给出了振速与距离的关系。     

鲁坨路路堑边坡爆破应力波传播规律

为了解决边坡岩体内爆破应力波与介质相互作用以及爆破荷载作用下边坡动力稳定性问题,依托鲁坨路路堑边坡爆破工程,在现场爆破振动测试的基础上采用数值模拟的方法对边坡坡面以及岩体内部质点的振动速度、应力场等分布规律进行深入研究.结果表明:1)对于坡面质点,水平爆心距与高程的增加均会使爆破峰值振速总体呈衰减趋势,但台阶边缘"鞭梢效应"明显,且距离爆源越近,峰值振速放大系数越大. 2)边坡台阶坡角处应力集中显著,但峰值应力与峰值振速并非在同一位置出现.因此,不能将台阶外缘峰值振速作为评价边坡稳定性的单一指标. 3)对于岩体内部质点,爆破振动响应也随爆心距的增大逐渐衰减,但坡面和岩层分界面对应力波的反射叠加会造成岩体质点的峰值振速和应力均有所放大.     

轻轨隧道下穿建筑物爆破震动试验研究

以重庆轨道交通环线体育公园站浅埋轻轨隧道工程为研究背景,进行了施工通道钻爆循环掘进下穿"两江春城"的爆破震动效应试验。在钻爆初期,通过监测参数计算出爆破振动衰减参数,并通过测量轻轨隧道下穿建筑物时,爆破引起的建筑物不同楼层处的振动速度波形,探讨建筑物的震动特性及爆破地震波传播和衰减规律。研究发现,其爆破振动衰减参数为=1.88,k=99.43;浅埋轻轨隧道钻爆掘进过程中,其垂直方向的爆破振速明显大于水平方向的,因此在研究爆破振动传播和衰减规律及其对建筑物振动的影响时,主要以垂直方向的爆破振速为依据;建筑物的爆破振速在底层随着楼层的增加而增大,中层随着楼层的增加而减小,顶层又随着楼层的增加而增大,而不是随楼层的增加而减小,即不满足传统萨道夫斯基衰减规律。同时测得轻轨隧道下穿建筑物后的爆破振速相比下穿前的,存在放大效应,其放大倍数约为1.32~1.69。     

露天矿高陡边坡采场爆破振动监测与分析

采用TC-4850型爆破监测仪对内蒙某露天矿进行多次爆破振动监测,并通过一元及二元回归得出基于该矿的径向、切向和垂向振动速度预测公式.分析表明,二元回归的采场爆破振速传播公式较一元回归的精度高,这说明爆破振速不是完全由爆心距决定的,其也受到了高程参数一定程度的影响.高程对爆破振动速度的影响垂向最大,切向次之,径向最小.采场爆破振速随着传播距离的增大而衰减,但高程对爆破振速具有一定的放大效应.通常前者占主导地位,因而一般不表现出高程的放大效应;只有在后者占主导地位时,才表现出高程的放大效应,即高程放大效应是振速传播一定范围内局部效应.     

隧道爆破施工对邻近砌体结构影响的动力分析

为研究砌体结构物在爆破振动作用下的受力变形规律,采用动力有限元软件Midas/GTS,以安平高速公路马家梁隧道爆破施工为依托,建立三种砌体结构模型,求解出砌体结构物在爆破荷载下的峰值振动速度和应力.结果表明:三种砌体结构其最大振速为11.11mm·s-1,小于工程要求的2.8cm·s-1,其最大应力为415.082kPa,超过砌体结构的失效应力;在整个考察范围内,砌体结构的质点振动速度达到最大时,其受力没有达到最大,说明砌体结构在爆破荷载作用下的振动速度不代表其受力状态.     

隧道爆破施工对既有管道影响的有限元分析

根据爆破施工方案,采用有限元分析软件MIDAS/GTS建立新建隧道和上方输气管道的三维数值模型,分析隧道爆破过程的动态时程,得到爆破过程中上方既有输气管道的振动速度、位移、应力等分布情况.数值结果表明:爆破施工过程引起输气管道最大振速为1.7cm/s,管道应力远小于材料屈服强度.按照该爆破方案施工,爆破施工对输气管道的安全影响处于可接受范围.     

浇花峪隧道爆破底板振动规律试验研究

为了研究施工隧道内底板的爆破振动规律,基于兴延高速公路浇花峪隧道上台阶爆破掘进工程上台阶爆破,在距离掘进面不同位置处设置传感器,监测爆破振动速度。利用非线性回归分析方法对振速进行分析,分析结果表明得出掏槽孔振速大于辅助孔和周边孔;掏槽孔的垂向、水平径向和切向振速拟合K,α值均大于其他炮孔爆破时的相应分量,且垂向振速最大;同一类型作用炮孔的振速三分量的α值接近。分析了药量和距离对主频的影响规律,即随着装药量增加,爆破振动的高频成分相对丰富,频谱曲线波峰较少,主要集中在低频,其衰减也较快的结论。距离增加后,频谱曲线波峰减少,频率带宽变窄,主要集中在低频区域,各频谱曲线上的相对幅值峰值向低频靠拢。     

深厚粉细砂场地8000 kN·m能级强夯振动衰减规律研究

为研究砂土场地强夯振动规律,减少强夯对周边环境的影响,在某深厚粉细砂场地进行8 000 kN·m强夯试验,并进行强夯振动监测,分析强夯振动随测点距离的衰减变化规律和随楼层的衰减变化规律,确定了8 000 kN·m能级强夯安全施工距离,并对隔振沟隔振效果进行振动监测.根据试验数据进行非线性拟合,得到三向合振速随距离、楼层的变化规律,在夯点处,垂向振速最大,随着距夯点距离的增加,环向振速最大,在该深厚粉细砂场地8 000 kN·m能级强夯振动下的安全施工距离为220 m;在不同楼层处,环向振速最大,在安全施工距离内,相比于框架结构,强夯振动对砖混结构的影响较大.     

基于振动监测的水压爆破降振技术及其应用

为了探讨青岛地区隧道爆破开挖时地表振动特性及其变化规律,通过布设监测点全方位地监测爆破施工时隧道结构与周边环境的振动信息.分析获得的振动信息数据表明:常规爆破施工垂向出现大振速的可能性较大,对地层的压密作用最大;爆破引起的地表振动主频主要集中在20~70 Hz范围内;随着建筑物楼层的增高,三个矢量方向上的最大振速都有一定程度的增大趋势.研究适用于此类地层的水压爆破施工工艺,对降低工程费用、改善施工环境、提高炸药利用率、减弱爆破振速和减少对周围建筑物及居民的扰动起到显著效果,为类似工程提供经验参考.     

扩机爆破振动对运行中水轮机组的影响

水电站扩机工程施工过程中,研究爆破振动对邻近建筑物,特别是水轮机组的影响,有着重要的意义.以深溪沟水电站新增灌排洞施工为背景,通过对爆破施工条件下水轮机组运行状态的监测,得到了爆破振动影响下水轮机组振动的相关特性,分析了扩机爆破振动对运行中的水轮机组的影响.结果表明,实测水轮机组自振频率(约为100Hz),高于中远区爆破振动主频;爆破振动使水轮机组产生受迫振动,导致其振动峰值显著增大.改变装药量虽然会引起受迫振动主频的变化,但受迫振动的频率仍然偏离自振频率带,并不会引起水轮机共振.而如果装药量过大或爆心距过小,则可能导致水轮机组的峰值振速超出规范值,影响水轮机组的安全运行.     

立井冻结黏土爆破对井壁的振动影响研究

立井采用冻结法施工时,冻结黏土爆破产生的振动易引起井壁破裂,从而造成安全事故。以赵固二矿立井冻结黏土爆破掘进工程为背景,运用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件建立模型,研究不同掏槽药量、地应力条件、中空孔数量工况下爆破振动对井壁产生的影响。结果表明：井壁测点振速与掏槽药量成正比,掏槽药量从16 kg增加至64k g,振速从9.53 cm/s增加至35 cm/s,增大了3.67倍;中空孔可减弱爆破冲击荷载对井壁的振动影响,且井壁振动速度与中空孔半径成反比;地应力在1～3 MPa变化时,井壁振动速度与地应力成正比。现场爆破方案数值模拟得出：采用1,3,4,5段电雷管毫秒延时爆破时,冻结黏土爆破产生的应力波主要沿井壁竖向传递;4段辅助孔爆破对井壁的振动影响最大,约为5段周边孔爆破的3.5倍,在距离掘进面13.3 m处,4段辅助孔产生的拉应力最大为0.425 MPa,不会对井壁混凝土结构产生破坏。分析方法和研究结果可为同类型条件深大立井冻结黏土爆破施工提供参考。     

大断面铁路交叉隧道爆破动力响应研究

依托新建京张草帽山隧道小净距下穿既有铁路隧道工程,基于有限差分法建立三维仿真模型,对大断面铁路交叉隧道爆破荷载作用下既有隧道衬砌振速分布规律及位移特征开展研究.数值计算结果表明:既有隧道衬砌振速自交叉点断面沿隧道轴向逐渐衰减,监测断面与交叉点断面距离超过0.5D时振速衰减速率显著加快,随着监测断面与交叉点断面距离的继续增加,衰减速率逐渐放缓;随着掌子面向交叉点推进,交叉断面衬砌振速最大点逐渐从边墙转移到隧底,同时迎爆侧与背爆侧振速相差倍数不断扩大.基于现场振动监测数据,研究交叉隧道爆破振动频谱特征,发现爆破振动频率主要分布于10～110 Hz的中低频段,在10～30Hz、40～80Hz范围内能量较为集中.     

高温下含椭球型缺陷管道局部应力分析

为研究高温下含缺陷管道的局部力学特性,以X70管道为研究对象,基于弹塑性力学知识,利用ANSYS模拟其在高温作用下缺陷局部的等效应力分布;并分析了高温下缺陷局部的最大等效应力、塑性应变随内压的变化趋势;进一步讨论了在特定运行压力下最大等效应力随腐蚀深度的变化趋势;最后对比了失效压力下是否考虑热膨胀影响的等效应力分布及变化。结果表明,仅有高温时,腐蚀区内沿环向分布有较大应力;随着内压的增加,最大等效应力先减后增,较大应力也变为沿轴向分布;温度达到一定值后,缺陷越深,其对管道剩余强度的影响越大;高温作用下ASME B31G1984、ASME B31G1991、PCORRC、DNVRPF101等方法仍适用于对含椭球型缺陷管道进行剩余强度的评估。     

隧道掌子面前后方围岩爆破振动及精准控制研究

依托某大跨高速公路隧道工程，通过监测隧道下台阶爆破过程中围岩振动响应，对比分析了掌子面前后方围岩的振速和频谱特征；采用数值模拟方法，研究了不同围岩级别的掌子面前后方围岩爆破振速衰减规律。结果表明：掌子面前方围岩振速V_Z>V_X>V_Y，掌子面后方围岩振速V_X>V_Y>V_Z；掌子面前方Z向振速显著大于后方，而后方X、Y向振速显著大于前方，前后方振动特征差异的主要原因是爆源与测点的空间距离、传播介质及边界条件的不同所引起。由于掌子面后方已开挖隧洞空气层的减振效应，导致爆破地震波在后方传播过程中发生绕射和折射，使得后方围岩的合成振速要显著小于前方且衰减更加迅速，后方围岩的振动主频要显著低于掌子面前方，且后方频谱带宽窄于前方。拟合得到不同围岩级别的掌子面前后方围岩振速预测公式，并提出考虑空气减振系数的围岩爆破振速预测公式。根据隧道掌子面与下穿的既有管线的前后位置关系，分别运用前后方围岩爆破振速预测公式计算出前后方安全药量，实现了隧道穿越管线前后全过程的精准爆破振动控制，同时又极大提高施工效率。     

引水隧洞爆破开挖对临近隧道振动的影响及控制

针对新建引水隧洞爆破施工对临近隧道振动的影响,以深圳市石岩北引水隧洞工程为依托,运用MIDAS GTS NX有限元软件建立爆破振动模型,对邻近隧道峰值振速变化规律进行研究。结果表明：爆破峰值振速与单段最大炸药量呈线性正相关,与爆源和测点的距离呈反相关,并受到爆破区域岩性的影响。在最不利工况下,爆破施工引起的峰值振速为6.73 cm/s,大于振动预警值2 cm/s,小于规范安全要求7 cm/s。引水隧洞爆破开挖还会产生空洞效应,在掌子面前后3～4倍洞径范围内较为明显。根据数值模拟结果,在实际工程中应减小单段炸药量并采取毫秒微差错峰手段控制爆破,现场振动检测显示,临近隧道测点峰值振速为1.91 cm/s,小于规范预警值,达到安全标准,工程减振措施取得了良好的效果。     

不同厚度砼衬砌的爆破临界振速研究

利用波函数展开法,分析了爆破地震波与邻近圆形衬砌洞室的相互作用过程,推导了爆破地震波作用下圆形衬砌洞室围岩和衬砌的应力及位移表达式.以混凝土衬砌厚分别为0.5 m和0.1 m为例,求出了爆破地震波作用下围岩和衬砌周围的应力及振速分布.结合应力和振速分布及衬砌的抗拉强度,得到了2种厚度衬砌的临界破坏振速.研究表明衬砌厚度的增加可有效减小围岩中的最大应力;混凝土衬砌越薄,其临界峰值振速越小.