某水电站地下洞室爆破振动控制研究

对某水电站地下洞室爆破振动进行观测、分析和处理,得到了爆破地震波传播衰减经验公式.根据该水电站地下洞室的特点,提出了爆破振动破坏标准,得出了地下洞室新浇混凝土支护区爆破安全控制参量,分析了爆破地震与天然地震的不同特点,并结合该水电站地下洞室的爆破实际,提出了相应的爆破降震措施.研究成果与结论取得了较好的应用效果,保证了该工程爆破施工的顺利完成.     

溪洛渡电站地下洞室群爆破地震效应的研究

 采用现场爆破振动测试研究复杂地下导流洞群爆破地震波传播规律,并利用萨道夫斯基经验公式对测试数据进行回归分析,测试结果表明水平向爆破质点峰值振动速度可以作为地下洞室的安全判据;应用FLAC3D数值软件模拟爆破振动对相邻洞室的影响,得到爆破振动作用下相邻洞室振动速度、应力和位移的分布规律,并从静载作用和动载作用两方面分析评价相邻洞室的安全稳定性。计算结果表明：现场测试结果与计算结果吻合较好;采用振动速度作为安全判据是可行的;爆破振动作用下相邻洞室迎爆侧是容易出现破坏的区域,且随着冲击荷载增大,迎爆侧直墙最容易出现拉伸破坏。最后针对具体工程,根据相邻洞室洞壁最大拉应力与最大振动速度的统计关系,并结合岩石动态抗拉强度准则提出爆破振动作用下相邻洞室发生破坏的临界振动速度。     

基于小波包分析的建(构)筑物爆破振动安全判据研究

基于现场实测爆破振动数据,采用小波包分析技术对爆破振动信号进行了时频特征分析。根据小波包变换的分层分解关系,推导出爆破振动信号不同频带的小波包频带能量,小波包频带能量能同时反映爆破振动三要素(振动的强度、频率和持续时间)的作用影响。从结构动力响应角度,探讨了受控建(构)筑物本身的固有特性对爆破振动动态响应的影响,获得了受控建(构)筑物在爆破振动作用下的频带响应系数。首次建立了能考虑爆破振动的强度、频率和持续时间以及受控建(构)筑物本身的动态响应特性(固有频率和阻尼比)等因素综合的安全判据--响应能量判据,并用工程实例验证了该判据的可行性和可靠性。     

水工岩石高边坡爆破振动安全控制标准的确定研究

 确定合理的岩石高边坡爆破振动安全标准是西南地区水电工程拱坝建基面爆破开挖控制的关键。基于目前广泛采用上层台阶的爆破振动速度阈值作为爆破振动安全标准的现状,分析水电工程岩石高边坡爆破振动安全标准确定的两大依据,其一为上层台阶岩体本身的允许振动速度,其二控制当前爆破梯段保留岩体的损伤深度,建立的上层台阶爆破振动速度阈值;结果表明,现采用的控制标准明显低于边坡自身的爆破损伤允许振动速度,其确定的核心依据是控制当层梯段保留岩体的损伤深度。基于应力波的衰减机制,从理论角度给出岩石高边坡爆破安全标准确定的数学描述,结果表明振动安全标准的确定与坝肩槽允许开挖损伤深度、台阶高度均密切相关,同时由于径向应力与环向应力是爆破损伤区形成的主要原因,爆破安全标准的确定应具有方向性,以水平径向与水平切向的振动速度作为控制标准更为合理。针对岩石高边坡爆破振动安全控制标准的应用,分析上层台阶马道附近的爆破振动特性,结果表明爆破振动存在局部放大的特征;建议并验证岩石高边坡爆破振动测试方法,当采用爆破振动安全标准判别当次爆破开挖的爆破响应时,宜将爆破监测点布置在马道内侧。研究结果期望为岩石高边坡的爆破开挖安全控制提供参考。     

大型地下厂房岩锚梁爆破安全控制标准研究

利用动力有限元数值模拟，研究爆破震动荷载作用下岩锚梁的动态响应特性，研究结果表明爆破震动作用下保证岩锚梁的安全关键在于防止岩锚梁与岩台黏结面被拉裂，应严格控制岩锚梁水平向质点峰值振动速度。结合龙滩水电站地下厂房开挖爆破震动对岩锚梁影响控制的工程实例分析，综合考虑岩锚梁的结构特点、混凝土的强度性能、强度随龄期的增长规律、岩锚梁与岩台黏结面的微观结构及强度等因素，探讨大型地下厂房岩锚梁龄期小于28d条件下进行下层岩体开挖的可行性及不同龄期的爆破安全质点振动速度控制标准。认为岩锚粱浇注后28d内，爆破安全振动速度可以按新浇混凝土的控制标准确定；龄期大于28d的岩锚梁，振动速度小超过7cm／s的控制标准有一定安全储备。     

岩体洞室地基洞室两帮失稳的宏观判据

岩体洞室地基是由岩体、地下洞室、地面建筑共同组成的有机整体,是由地下工程与地表工程共同组成的复杂系统。岩体洞室地基系统的稳定应保证基底岩体和洞室围岩均处于稳定状态,其稳定性判据包括"地基稳定性判据"和"洞室围岩稳定性判据"两个方面。其中,"地基稳定性判据"又包括岩体地基极限承载力计算(不考虑地下洞室的影响)和地基沉降计算(考虑地下洞室的影响)两部分,前者侧重于对岩体地基强度失效破坏模式的判别,以基底荷载是否超过极限承载力为判别依据,后者侧重于对岩体地基变形失效破坏模式的判别,以建筑物的变形是否超过允许变形值为判别依据;而洞室围岩稳定性判据则主要以洞室围岩的应力、应变是否超过允许值为判别依据,可采用解析分析法、赤平投影图解分析法、数值模拟法和考虑地应力影响的宏观判据进行判别。其中,洞室两帮可考虑岩体结构特征及所处的地应力环境,根据洞室围岩的岩性及节理分布特征,分为均质洞室、力学性质相近的岩层组中洞室、被节理切割成块体的洞室、具有软弱夹层时洞室等4种情况,来建立围岩失稳破坏的宏观判据。     

基于离散单元法的节理岩体支护分析

为了研究开挖卸载及临近区域的爆破施工对节理岩体和现有支护结构造成的不利影响，结合大连地下石油储备库洞室群局部不良地质的支护设计，针对节理岩体特点，基于离散单元法开展围岩静力、动力支护效果分析。首先，根据备选支护方案，分析开挖卸载的静力支护效果，获得应力场、位移场结果，研究备选支护方案的可行性及改进之处。然后，依据现场实测结果施加等效爆破荷载，分析临近区域爆破振动的动力支护效果，获得分析点的时程曲线及速度、应力、位移的变化规律。采用的计算方法为实际工程的静力、动力支护分析以及确定爆破振动安全允许标准提供一定的参考价值。     

动参数对三维洞室动态特性的影响分析

尝试用FLAC有限差分软件对横震动荷载下三维洞室的一些动态影响因素(幅值、频率、持续时间等)进行了模拟,并进行了三维动力特性分析,初步了解不同影响因素地震动荷载下的洞室动态特性规律。同时初步分析结果表明,在横震荷载作用下,洞室位移随振幅、持续时间的增加而增大,洞室位移随频率的增加先增加后减小。分析有助于我们增加对动荷载下地下洞室围岩的变形和破坏机制的认识。     

边坡爆破开挖对邻近已有洞室影响研究

边坡爆破施工振动对邻近已有洞室的影响及其控制是工程中的关键技术问题。新建边坡在与已有洞室间距比较小的情况下进行爆破开挖,爆破开挖产生的爆破波会危及已有洞室围岩和衬砌结构的安全与稳定性。结合锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工爆破对洞室影响的分析课题,应用动力有限元数值模拟,研究不同的边坡与已有洞室间距、岩体阻尼比、最大单响药量情况下边坡爆破振动对洞室围岩和衬砌结构的影响问题。根据洞壁质点振动速度允许值与洞室衬砌在边坡爆破振动波作用下的动拉应力值,考虑不同阻尼比,得出不同围岩级别下,不同边坡与洞室间距的最大单响药量控制：III类岩体边坡,坡面距已有洞室20,50 m时,边坡开挖爆破最大单响药量分别控制在100和300 kg以内;IV类岩体边坡,坡面距已有洞室20,50 m时,边坡开挖爆破最大单响药量分别控制在150和450 kg以内,研究结果为实际工程的施工和设计提供参考和依据。     

开挖爆破对核电站新浇混凝土影响的分析研究

通过收集分析国内外相关规范对爆破振动的监控要求,结合我国多年来核电站建设实践经验和国外相关试验研究成果和实际监测数据,通过对比分析,从爆破振动对新浇混凝土的强度影响和对钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土黏结力影响两个方面,探讨爆破振动对新浇钢筋混凝土结构性能的影响程度,得出受到适当爆破量控制的短时爆破振动对新浇混凝土后期强度和钢筋与混凝土黏结力的影响并不显著的结论。     

《爆破安全规程》(GB 6722—2014)边坡岩体爆破振动速度安全允许值的理论探讨

开挖爆破诱发的地震波对岩质边坡有显著影响,我国《爆破安全规程》(GB 6722—2014)给出了边坡岩体的爆破振动速度允许值,但未明确说明取值的理论依据。为此,分析露天开挖爆破条件下邻近边坡岩体的附加动应力和质点振动速度场分布特征,推导以坡表质点振动速度表征的岩体附加动应力表达式。以边坡岩体不发生剪切和张拉破坏为控制要求,考虑边坡岩体分级特征和坡体结构特征,提出基于简单边坡模型的浅层岩体的爆破振动速度允许值。分析表明,岩体强度、边坡坡度、滑动面深度和地震波频率等均对边坡岩体的允许振动速度存在显著影响。其次,无剪切破坏条件下计算的爆破振动速度允许值与《爆破安全规程》(GB 6722—2014)的控制标准在量级上较接近,而无张拉破坏时各级岩体的爆破振动速度允许值差别不大,《爆破安全规程》(GB 6722—2014)中岩质边坡爆破振动控制标准应在理论分析和工程实践基础上进一步细化。     

预裂爆破震动效应试验研究

为研究预裂爆破震动效应,在山东石岛湾核电站基坑进行多次爆破和声波测试试验,得到场地爆破震动衰减规律和爆孔下卧基岩的损伤范围。试验结果表明,岩性相同时,基岩损伤深度随最大段药量的增加而线性增加,随质点峰值震动速度增加而呈指数增加;离爆源越近,岩体受损程度越大;预裂爆破对爆孔上部岩体影响较大。同时,在试验的基础上,建立距爆源30 m处质点峰值震动速度与对应爆破影响下卧基岩深度的函数关系,进而确定以质点峰值震动速度为参考指标的预裂爆破安全控制标准,并在基坑边坡爆破中验证该控制标准的有效性。     

动力影响下山区露天矿合理边坡角的确定

针对山区露天开挖和岩石边坡工程实际，根据极限平衡理论和模糊数学理论，建立了相应的理论分析模型。考虑矿山生产爆破振动动力因素作用和影响，利用所建立的数学模型对某大型金属露天矿山边坡稳定性进行了具体计算分析，并依此对矿山边坡总体边坡角进行了评价。将理论计算分析结果与露天矿山工程实际情况进行了对比，表明所采用的理论模型和计算分析方法符合矿山工程实际。     

龙滩水电站蠕变体边坡的爆破振动控制研究

对龙滩水电站蠕变体边坡的爆破振动进行观测、分析和处理，得到了爆破地震波衰减经验公式。根据该蠕变体边坡的特点，提出了爆破振动破坏标准。由经验公式和破坏标准，得出了蠕变体边坡新浇混凝土支护区爆破安全控制参量。最后结合该蠕变体边坡爆破实际，建议了爆破降震措施。从工程实施的效果来看，本文的研究成果与结论得到了较好的应用，保障了该工程爆破的顺利完成。     

基于围岩松动圈的地下工程参数场位移反分析

 受爆破松动影响,地下洞室开挖后围岩强度会有所降低,根据松动损伤程度将其视为一个连续的三维“参数场”。由围岩松动圈的形成机制,分析地下洞室开挖后松动圈的计算方法,提出考虑松动圈的围岩参数场增量位移反分析法。针对岩土工程反分析计算量巨大的实际问题,对反演计算过程进行了基于MPI的主从式并行框架改进,运用计算机集群网络进行并行计算,减少了迭代计算次数和计算耗时,极大地提高了计算效率。通过对溪洛渡水电站右岸地下厂房的参数反演,得到了较好的反演效果,验证了此法的可行性和合理性。依据反演得到的参数场对现有支护设计及洞室围岩稳定状态进行评价,并对后续开挖进行预测,为工程设计施工提出合理建议,为地下工程参数反演提供了一种新方法和新思路。     

高地震烈度区岩体地下洞室动力响应分析

 考虑地震荷载特征及地下洞室的特点,利用动力时程分析法,对金沙江两家人水电站地下厂房洞室进行地震动力响应分析。研究自然地震波作用下,有无衬砌工况下的厂房洞室相对位移、点安全系数变化趋势,分析地震波穿越地下洞室时位移变化规律及厂房洞室衬砌抗震效果。结果发现：地震波传播除了受介质、结构面分布的影响外,还受岩体洞室面的影响,洞室自由面附近岩体的振动强度被放大;地下洞室断面质点最大相对位移、点安全系数波动规律与地震波谱相似;地下洞室壁及F4断层未出现较大永久性位移,处于弹性可恢复范围;施加衬砌后洞室的振动强度降低,洞室围岩刚度增大,其所承受的地震荷载亦随之增大,而位移减小,支护后洞室最大相对位移及永久性位移比无支护工况下分别平均下降10.88%和29.20%,洞室衬砌抗震效果良好。研究结果可为类似工程问题提供参考。     

小湾水电站岩石高边坡爆破振动速度安全阈值研究

在国内外有关岩石边坡爆破振动速度安全阈值研究成果的基础上,通过小湾水电站岩石高边坡爆破振动荷载下动力响应计算,由各阶边坡马道上的峰值动拉应力与质点峰值振动速度间的统计关系,按照极限拉应力准则,确定小湾水电站岩石高边坡爆破振动控制的合理部位及安全阈值。研究结果表明,岩石高边坡爆破振动控制的合理部位为开挖区上一台阶马道的内侧,其振动速度控制标准为10cm/s。