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。     

爆破地震波作用下圆形洞室围岩振动速度分布规律

为了探究岩石开挖爆破地震波作用下邻近圆形洞室的动力响应规律,采用FLAC3D数值模拟软件研究爆破地震波作用下不同埋深圆形隧道洞壁和地表振动速度的缩放规律,以及对不同频率平面简谐P波入射时,隧道洞壁及地表振动速度的分布规律进行研究,并通过理论计算结果的对比分析,检验了数值模拟的可靠性。研究结果表明:隧道埋深会引起隧道洞壁及地表振动速度产生缩放效应:隧道埋深较浅时,隧道洞壁上半部分缩放效应大于下半部分,振动速度放大系数随埋深增加而减小;埋深较深时时,隧道洞壁各位置质点振动速度放大效应随埋深的增加呈现递增规律;地表振动速度放大系数峰值随隧道埋深的增加向背爆侧偏移;迎爆侧洞壁振动速度随入射波频率增加呈增大趋势;地表振动速度放大系数峰值随入射波频率增加向爆源方向偏移。     

动力扰动下采空区围岩非线性响应演化特性分析

为更好地再现地下金属矿深部采空区爆破扰动响应模型,将实测并去噪的爆破振动曲线作为动力加载,运用三维动力有限差分法,揭示围岩非线性演化特性并探讨采动顺序对其稳定性影响。动力扰动下,采空区顶、底板的最大、最小主应力明显大于其它部位,且出现拉应力;质点爆破振动监测时程曲线非线性特性强烈;垂直振动速度主要集中于采空区顶、底板,最大值25.2 cm/s。爆破瞬间,采空区东帮(先开挖侧)水平动位移值呈非线性上升,出现较大的动应力集中系数波动幅度和水平振动速度最大值(21.9 cm/s);塑性区也主要集中于东帮围岩且剪应变增量也相对较大。研究表明:采动顺序一定程度上影响了围岩稳定性,并且依据动力响应特性分析结果调整参数后的爆破设计有效控制了爆破边界,提高采场稳定性。     

高地应力断裂破碎隧道爆破开挖振动效应

为确定关角隧道高地应力断裂破碎带地层的爆破地震波传播规律及其对邻近围岩(混凝土衬砌)的影响,对隧道开挖中的爆破振动进行了监测。通过现场测试数据回归分析,得到了该地层爆破地震波的传播规律。在此基础上,提出了断裂破碎带地层爆破振动速度的安全控制标准及减少振动危害的措施。     

高地应力断裂破碎隧道爆破开挖振动效应

为确定关角隧道高地应力断裂破碎带地层的爆破地震波传播规律及其对邻近围岩(混凝土衬砌)的影响,对隧道开挖中的爆破振动进行了监测。通过现场测试数据回归分析,得到了该地层爆破地震波的传播规律。在此基础上,提出了断裂破碎带地层爆破振动速度的安全控制标准及减少振动危害的措施。     

不同爆破开挖工况下盾构管片的响应分析

为分析联络通道爆破开挖时盾构管片的动力响应,基于青岛地铁8号线盾构区间工程,进行了现场振动监测,得出掏槽爆破对管片的振动影响最为强烈的结果。进而基于现场掏槽孔装药量利用MIDAS-GTS NX模拟软件建立三维模型,对联络通道出洞、进洞8种不同间距爆破作用下盾构管片的振动、应力的响应规律进行分析,得出：在相同的爆破间距下,相比于进洞爆破,出洞爆破对临近盾构隧道管片的振动影响更为强烈,最大振动速度是进洞爆破的2.9～3.4倍,且随间距的减小振速递增幅度增大;在安全允许振速20 cm·s^-1下,出洞爆破时爆破间距应大于5.0 m,进洞爆破时爆破间距应大于1.25 m,未开挖部分岩石采用非爆破法进行开挖;开口管片应力集中明显,最大主应力的位置随间距的减小,表现为矩形开口底部,到矩形开口侧边的横纵缝相交处,最后到矩形开口上部的两侧顶角;对联络通道与盾构隧道近接交叉部位管片的进行切割,形成的开口不完整结构会减弱自身内侧在爆破荷载下的最大主应力,但会造成自身外侧产生小范围的应力集中,使其成为盾构隧道衬砌结构最为薄弱的位置。     

地下结构及其围岩爆破地震效应

基于地下结构及其围岩的爆破震动监测,通过峰值质点振动速度及其主振动频率分析,阐述了围岩介质体中爆破地震波的传播规律,以及地下结构与围岩爆破地震效应;并就爆破震动观测结果进行了分析探讨。文中给出了比例药量与距离条件下的峰值质点振动速度衰减经验公式,分析了它们之间的关系,结果显示爆破近区的爆破地震波衰减速度要明显大于较远区域,爆破引起的质点振动速度主频集中在15~75Hz,以45Hz最为集中。峰值质点振动速度及其主频与爆破规模与爆心距密切相关,爆破地震波的衰减受传播介质体本身的物理几何特性影响很大。     

地下结构及其围岩爆破地震效应

基于地下结构及其围岩的爆破震动监测,通过峰值质点振动速度及其主振动频率分析,阐述了围岩介质体中爆破地震波的传播规律,以及地下结构与围岩爆破地震效应;并就爆破震动观测结果进行了分析探讨。文中给出了比例药量与距离条件下的峰值质点振动速度衰减经验公式,分析了它们之间的关系,结果显示爆破近区的爆破地震波衰减速度要明显大于较远区域,爆破引起的质点振动速度主频集中在15⁷5Hz,以45Hz最为集中。峰值质点振动速度及其主频与爆破规模与爆心距密切相关,爆破地震波的衰减受传播介质体本身的物理几何特性影响很大。     

高地应力下砂岩隧道围岩爆破振动响应研究EI北大核心CSCD

高地应力对隧道围岩的爆破振动响应具有一定影响。本文通过波动微分方程和分离变量法结合高地应力作用下砂岩类材料参数的变化规律求得适用于高地应力下的爆破地震波传播解析解,并通过实例分析,给出了隧道围岩中质点振动速度、加速度、应变参数随地应力大小变化规律,并借助物理模型试验装置对隧道围岩爆破振动响应随地应力的变化规律进行模型试验研究,最后将试验结果与解析解进行对比。由解析解的计算结果表明,相同围岩质点速度、加速度和应变峰值均随着地应力的增大而逐渐减小,且径向的速度、加速度和应变在低地应力阶段的衰减速率要大于高地应力阶段,随地应力的增加呈现出类似于负指数下降的趋势。在模型试验中,相比于震源附近围岩的振动响应,远离震源处地应力的变化对围岩爆破振动响应影响增大。模型试验测得的结果与解析解计算的结果相吻合。研究成果对地下隧道爆破设计和振动安全预测具有重要参考价值。     

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。     

浅埋连拱隧道爆破的数值模拟

运用ANSYS/LSDYNA软件,建立三维隧道整体模型,考虑自重应力,选取不同的围岩级别、不同的炸药当量等6种工况,分别计算后行洞掌子面爆破的浅埋连拱隧道速度场分布和应力场分布,得出最大震速和最大主应力峰值沿横向和纵向分布规律,分析爆破对先行洞隧道仰拱和中隔墙的影响,得出围岩级别和炸药当量与震速峰值和最大主应力峰值之间的基本关系,对确定先行洞二衬施做时机、浅理连拱隧道工程实践具有一定的参考价值.     

地铁车站开挖爆破地震波衰减特性监测分析

为了控制下穿于建筑密集、交通流量大的重庆市主干道洪湖东路地铁车站,爆破开挖产生的爆破振动对围岩和施工周边环境的影响。对其产生的爆破振动进行了监测,并应用线性回归分析法对围岩质点振动速度峰值进行了统计分析,总结了该围岩中爆破地震波的衰减规律。根据开挖区域允许的爆破振动速度,计算其爆破施工安全许可的单段最大起爆药量为1.8kg,从而为车站开挖爆破设计和施工提供了理论指导。监测结果表明,在车站开挖爆破近区围岩中,垂直方向质点振动速度较大,随着比例距离的增加,垂直方向振动速度与水平方向振动速度趋于接近。     

地铁车站开挖爆破地震波衰减特性监测分析

为了控制下穿于建筑密集、交通流量大的重庆市主干道洪湖东路地铁车站,爆破开挖产生的爆破振动对围岩和施工周边环境的影响。对其产生的爆破振动进行了监测,并应用线性回归分析法对围岩质点振动速度峰值进行了统计分析,总结了该围岩中爆破地震波的衰减规律。根据开挖区域允许的爆破振动速度,计算其爆破施工安全许可的单段最大起爆药量为1.8kg,从而为车站开挖爆破设计和施工提供了理论指导。监测结果表明,在车站开挖爆破近区围岩中,垂直方向质点振动速度较大,随着比例距离的增加,垂直方向振动速度与水平方向振动速度趋于接近。     

洞径对地下洞室的动力应力集中系数和振动加速度影响研究

参考模型试验,利用波的函数展开法推导了平面P波作用下不规则洞室的应力和位移表达式,并以一深埋直墙圆拱形洞室为例得到：除了背爆侧局部范围之外,洞室的洞径越大,动应力集中系数越小;当入射角为270°时,在迎爆侧,洞室洞径越大,径向振动加速度和切向加速度越大,在背爆侧,洞室洞径越大,径向振动加速度和切向加速度越小。并且洞径对应力集中系数的影响程度比对振动加速度的影响程度大。     

爆破震动作用下高地应力巷道动力响应特征与稳定性研究

为了研究爆破震动作用下高地应力巷道的动力响应特征及其稳定性,以淮南潘三矿超前预裂卸压爆破扰动瓦斯综合治理巷为工程背景,通过理论分析建立了爆破作业扰动巷道围岩模型,并根据应力波传播理论及波前动量守恒定理推导出了爆破震动作用下巷道围岩振动方程。使用数值模拟研究了巷道围岩质点峰值振动速度（Peak Particle Velocity,PPV）的衰减特征,从应力分布规律的角度对理论分析进行了补充,并根据模拟结果对巷道围岩稳定性进行了分析。结果表明：巷道围岩振动方程显示,爆炸应力波入射角度的不同会导致巷道围岩不同区域的动态响应特征存在差异。随着爆心距增大,巷道轮廓面附近围岩PPV出现波动,并在自由面处获得最大峰值振速;地应力对巷道围岩PPV具有抑制作用,地应力越大抑制作用越明显,且不同位置围岩的PPV对地应力敏感度存在差异;随着地应力增大,爆破震动作用下巷道围岩受力状态从拉剪变为压剪,最大主应力和剪切应力也随之增大。研究认为随着埋深增加,在对爆破震动作用下巷道围岩的稳定性进行评估时地应力因素不可忽略。对于潘三矿超前预裂卸压爆破工程现场而言,除了巷道的直墙外,墙角、拱墙也是危险区域,应当着重予以加...     

爆破施工对邻近既有隧道的振动响应研究

针对新建隧道爆破施工影响邻近既有隧道结构的安全性和稳定性,以新建的衢宁铁路五都隧道为依托,采用LS-DYNA动力有限元程序建立小净距隧道爆破振动数值模型,分析既有隧道关键部位在受邻近爆破影响下的振动速度和应力;并结合现场监测数据,对新建隧道爆破施工中既有隧道结构的振动响应进行研究.研究结果表明:在合理的炸药当量下,既有隧道结构能承载爆破引起的有害振动;既有隧道在距离爆破点最近的断面振动速度达到峰值且衬砌中迎爆侧墙腰区域振动速度峰值和应力峰值最大.当爆破荷载达到破坏隧道衬砌混凝土破坏极限时,在动荷载作用下,破坏自墙腰部位起始,拱顶、拱脚和墙腰混凝土衬砌出现拉伸破坏,底板出现剪切破坏;在相同规模荷载作用下,既有隧道迎爆侧衬砌振动速度峰值与围岩级别呈正相关关系,对围岩薄弱的地区,应注意加强防护.     

大坝灌浆帷幕爆破振动响应特性的数值模拟

针对爆破施工对邻近灌浆帷幕的影响问题,基于ANSYS-LSDYNA分别建立了坝基段和岸坡段灌浆帷幕的二维有限元动力模型,采用数值方法模拟研究了爆破施工时三种不同基岩条件下灌浆帷幕的爆破振动响应特性。结果表明:随岩体硬度提高,帷幕处质点振动速度减小而第一主应力增大。对于同一岩体,岸坡段灌浆帷幕的质点振动速度和第一主应力的最大值均出现在帷幕的顶部,而坝基段灌浆帷幕的质点振动速度与第一主应力最大值出现的位置不同。因此,灌浆帷幕的爆破振动影响监测点布置,需要综合考虑爆源位置、测点部位、岩体性能的影响。     

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。     

地下洞室群爆破地震波传播的现场试验研究

溪洛渡水电站右岸平行开挖3条大断面近距离的导流洞,形成了多个工作面平行和交叉作业,致使爆破开挖干扰大,安全问题突出.通过对复杂地下导流洞群爆破振动现场试验,研究了导流洞群爆破地震波在开挖主洞和邻近导流洞的传播规律.研究结果显示,在爆破作业条件相同的情况下,在其中一条导流洞进行爆破开挖时,其洞内爆破质点振动速度传播规律与相邻导流洞的振动速度传播规律存在较大差别,相邻导流洞内的爆破质点振动速度传播具有放大效应,且随爆破开挖方式、临空面和周围夹制作用的不同,其衰减规律和放大效应也有差异.在相同条件下,临空面少、围岩夹制作用大的部位进行爆破在近区产生的质点振动速度比临空面多、夹制作用小的部位产生的质点振动速度大,衰减也较快.这为复杂地下洞室群爆破施工的围岩稳定性和施工、支护的设计和安全性提供指导.     

爆破动力作用下小净距隧道围岩振动效应分析

以渝长高速公路武隆小净距隧道掘进爆破为背景,应用FLAC3D数值模拟法进行隧道掘进爆破条件下的前洞围岩振动效应分析.通过计算结果与试验数据的对比分析,证明了应用此计算方法进行振动强度分析的可行性.进一步分析表明,全断面不同循环进尺爆破方案引起振动速度的分布规律基本相同;在爆破掌子面前,前洞迎爆侧边墙上的最大振动速度沿隧道轴线方向随水平距离增大有明显的放大现象,最大振动速度发生在爆破掌子面前面10 m左右前洞断面迎爆侧的边墙上;在爆区附近,前洞迎爆侧围岩上的振动速度是背爆侧的6-10倍.