某铁路隧道下穿高速公路爆破振动研究

结合沪昆铁路某隧道下穿沪昆高速公路的实际工况,应用三维有限元软件MIDAS/GTS-NX模拟下穿隧道与既有高速公路相对位置不同时,新建隧道爆破施工引起既有高速公路挡墙和路基的动力响应规律。结果表明:在装药量保持不变情况下,新建隧道与既有高速公路相对位置发生变化,既有挡墙和路基振速响应峰值的出现部位不尽相同,当隧道位于挡墙正下方和左下方时,挡墙底部临空侧点的振速值最大,当隧道位于挡墙右下方时,挡墙底部内侧点的振速值(峰值为0.61 cm/s)略大于挡墙底部临空侧点的振速值(峰值为0.59 cm/s);对于路基,当隧道位于挡墙正下方和右下方时,左线路基底部右侧点的振速值最大,当隧道位于挡墙左下方时,左线路基底部左侧点的振速值最大。因此,在下穿隧道爆破施工时,为保证既有高速公路挡墙和路基的安全运营,应重点监测距爆心最近的挡墙底部临空侧和左线路基的振速响应,必要时可进行加固处理。此研究成果可为类似工程爆破开挖及振动控制提供参考。     

傍山隧洞爆破开挖的坡面振动特性分析

为研究傍山隧洞爆破开挖对邻近边坡的振动影响,采用有限元数值模拟手段,建立了简化"隧洞-边坡"模型,分析了爆破过程应力波的传播规律及位移的变化规律,查明了边坡表面不同位置处的质点振速峰值的分布规律,通过反映高程效应的爆破振动公式,分析了边坡在水平方向和垂直方向的高程放大效应,并对不同影响因素下边坡的振动效应进行了敏感性分析。结果表明:随着围岩级别的降低,坡面最大振速峰值逐渐增大;随着隧洞断面尺寸的增加,坡面最大振速峰值逐渐增大;隧洞位置对坡面振速峰值有所影响,综合考虑水平和竖直方向的距离与振速拟合比仅采用爆心直线距离与振速拟合效果要好。     

隧道掘进爆破下多层建筑的应力响应特征研究

以大连南部滨海城市公路隧道工程为背景,引入高阶模态分析方法,通过对建筑物进行爆破振动监测和结构振动响应测试,建立多层建筑物的三维数值模型,研究建筑物的高阶模态特性,探究爆破振动下建筑物局部构件的应力响应特征,并与低层建筑物的振动响应进行对比分析。结果表明五层房屋的振型模态受建筑物整体性的影响,高阶模态对建筑物局部损伤较大;随着峰值振速的增加,多层建筑物局部构件的主拉应力也会随之增大,可能发生损伤的构件会逐渐增多;隧道爆破振动下,二层砌体和五层砖混建筑上的最大拉应力或压应力发生的位置或应力值不完全相同,主要是结构动力响应除了与爆破地震波有关,还与结构本身的动力特性、结构型式等有关。     

隧道竖向爆破振动下二层砌体房屋动力反应

以成渝高铁新红岩隧道工程为例,测试采用非电雷管和电子雷管爆破时的振动波并对比分析爆破地震波特性;选择一栋二层砌体房屋,建立砌体结构有限元模型,分析不同峰值振速下结构的位移、砌体不同局部构件上的主拉应力特征。结果表明:采用电子雷管相比非电雷管爆破能够有效降低峰值振速;砌体结构的位移从下往上逐渐增大,二层前端女儿墙的位移最大,峰值振速6.0cm/s时女儿墙位移为2.30mm,层间位移角为1/3044,层间位移角限制不适用于爆破振动下房屋安全评价;在高频爆破振动下,结构损伤主要受到应力控制,而不是位移;房屋的门角、女儿墙和中隔墙上的应力水平较高,纵墙上的主拉应力水平最低;隧道爆破振动下,门角等应力集中部位是结构最容易损伤的部位,其次女儿墙和中隔墙在峰值振速较大时也会发生损伤,纵墙不会发生损伤。     

爆破影响下砌体结构振动效应及其安全性评价

城市地下工程在进行爆破施工时,邻近建筑结构的安全和稳定至关重要。基于武汉地铁8号线二期联络通道的爆破开挖工程,根据工程现场监测,建立LS-DYNA动力有限元3D数值计算模型并进行了详细分析。研究可知,数值模型质点振速变化和频率特征与工程现场测试基本一致,数值参数和计算方法合理。在振动响应方面,砌体结构主要表现为高度方向的振动,振动最大的点位于结构柱顶、柱脚,振速较大。砌体结构单元动应力沿结构长度方向先增大后减小,沿宽度方向则震荡减小。结构振速与有效应力具有对应关系,根据极限抗拉强度计算得砌体结构的安全控制振速为1.18 cm/s;结构爆破峰值振动速度在安全控制范围以内,单元的峰值有效应力不大于抗拉强度,结构处于安全状态。     

充水高密度聚乙烯波纹管爆破振动动力响应特性

为研究爆破振动作用影响下高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE)波纹管的动力响应特征,通过现场预埋HDPE管道的爆破试验,对不同爆破距离条件下的HDPE波纹管的振动特性进行分析。结合LSDYNA有限元数值模型分析方法,建立试验的数值模型以及充水状态管道的数值模型,研究了充水状态HDPE管道在爆破振动作用下的动力响应,并结合规范给出参考的安全判据。研究表明,爆破振动作用下,充水管道的振速值略小于无水管道的振速值,管道内的水能一定程度上降低爆破振动对管道的影响;管道各截面处迎爆侧的振动速度和von-Mises有效应力均大于管道背爆侧,管道底部附近的动力响应值较大,且管道峰值有效应力与管道峰值振动速度之间具有线性函数关系;不同埋深情况下,管道振速与地表振速之间存在函数关系,结合规范中管道最大允许工作压力以及管道应力与振动速度的函数关系,得到该场地条件下不同管道埋深的 HDPE波纹管(充水)的地表爆破控制振速,为工程实际提供指导。     

爆破荷载作用下岩质边坡动力稳定性分析

以西部某石料厂开采形成的岩质边坡为工程背景,应用数值模拟软件MIDAS/GTS对爆破开挖过程中的爆破振动荷载对已有岩质边坡进行数值模拟研究,得出在爆破作用下边坡的应力、位移和速度响应规律的时程曲线等结果。研究结果表明:边坡在爆破振动作用下主要破坏部位为坡体偏上部,且在坡体的表面将形成明显的拉应力区;岩质边坡坡脚处产生变形最大且应力集中,是由于其距离爆破荷载较近;随着高差升高,位移值逐渐增大,说明爆破振动在一定程度上存在高程放大效应;随着与爆源中心的距离逐渐增加,质点振速峰值总体呈现减小的基本规律。将现场实测数据与模拟数值进行对比,模拟结果和实际现场比较一致,进一步验证了数值模拟方法的可行性。     

近距离穿越古迹隧道爆破施工爆源参数优化

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件研究了监测节点受循环进尺长度和掏槽型式影响的动力响应规律,并结合现场测振系统的反馈数据优化施工方案;为验证优化方案的施工效果、进一步探究振动波传播规律,利用小波时频分析研究了影响主振频率、幅值及振速幅值的主要因素。结果表明:不考虑山体崖面影响,循环进尺为2 m、3 m时,爆源垂直对应的监测节点振速峰值由1 m循环进尺对应的“谷底”位置转变为“坡顶”位置,但总体仍表现为循环进尺越大,隧道爆破对监测点的影响越大;考虑山体崖面时,越靠近出洞口崖面,各监测节点振速峰值受隧道洞室影响的变化规律逐渐消失;而相同掏槽型式下,循环进尺的减小能有效地降低主振频率的集中范围。     

隧道爆破下建筑结构局部应力响应及损伤研究

依托新红岩隧道工程,探究了隧道典型爆破地震波与砌体低阶与高阶模态之间的关系,研究了不同工况爆破振动下砌体结构不同构件上的应力响应。砌体结构局部构件上的内力响应远比位移响应要显著,并且与质点的振速约成正比。在峰值振速相同条件下,当隧道爆破振动主频较高时,引起建筑物高阶局部模态下的动力反应,竖向振动引起的结构局部构件上的应力较大;反之,爆破振动主频较低,引起建筑物的低阶整体模态的动力反应,水平振动(结构弱轴方向)引起结构局部构件上的应力较大。砌体结构上的门角、窗角等应力集中部位最容易受损开裂,其次是在峰值振速较高时,局部振动较大的女儿墙、中隔墙等部位及砖墙与混凝土接触的部位也可能受损开裂。     

特大型岩溶地段隧道爆破数值模拟研究

为研究特大型岩溶地段爆破施工对隧道及溶洞结构稳定性产生的影响,提高隧道爆破施工的安全性,结合那丘隧道特大型溶洞地段工程,运用MIDAS软件对爆破动荷载作用下隧道的稳定性进行数值模拟研究。从应力、位移、速度三个方面分析得出:(1)在爆破荷作用下,隧道拱顶、拱脚及溶洞顶壁发生应力集中现象;(2)隧道拱顶竖向峰值位移为7.51 mm,溶洞顶壁峰值位移为2.46 mm;(3)隧道围岩质点峰值速度出现在拱顶为17.45 cm/s,溶洞围岩质点速度从顶壁峰值9.81 cm/s向左逐步衰减,左侧岩壁影响很小;(4)依据以上特征提出重点支护区域,同时将现场监测与岩石动力学理论研究相结合,提出那丘隧道爆破施工安全振速标准。     

地铁爆破施工对装配式建筑物的动力响应分析

为保证城市地铁爆破施工过程中临近装配式建筑物的安全,分析爆破振动作用下装配式建筑物动力响应特性是其关键。文中依托武汉市地铁11号线爆破工程,选取周围装配式建筑物为研究对象,利用SAP2000软件建立装配式建筑物结构模型,通过探究其低阶模态特性来分析不同爆破峰值振速下装配式建筑物加速度、位移及应力响应特征。研究结果表明,装配式建筑物自振频率为4~6 Hz,并逐渐稳定在6 Hz;振动加速度在第2层达到最大值,且各层的位移最大值随着层高的增加而增加;节点应力均大于梁、柱子、楼板的应力,说明装配式建筑物的节点是受力薄弱部位。     

侧爆作用下硐室锚杆受力动态响应数值分析

利用数值分析软件LS-DYNA3D, 研究了在侧爆应力波的作用下硐室锚杆支护受力动态响应。数值分析结果表明:通过对比相同比例距离的试验和数值模拟压应力时程曲线,说明数值模拟结果可信;基于不同位置锚杆中间单元轴向应力时程曲线分析,发现迎爆侧受到应力波的作用明显大于背爆侧;迎爆侧侧墙锚杆既受压又受拉,并且锚杆8受压最大;受拉较强部位主要集中在迎爆侧,锚杆7拉应力峰值最大;从锚头到锚端锚杆拉应力峰值和压应力峰值都是先增加再减小,最大压应力峰值偏向锚端,而最大受拉位置与应力波的幅值和波长有关。     

爆破振动作用下边坡极限平衡分析的等效加速度计算方法

 基于波动理论,研究边坡相同质点振动速度不同爆破振动频率下质点位移、振动加速度及边坡应力状态,结果表明相同质点振动速度下,边坡峰值振动位移与频率成反比、峰值振动加速度与频率成正比,而边坡体应力峰值基本相同,质点振动加速度与边坡体应力状态没有直接的相关性,振动频率越高,位移、加速度及应力峰值沿边坡深度变化越快;综合考虑振动频率、加速度及边坡体应力状态的相互关系,基于边坡体中相同峰值振动速度产生相同的峰值应力,得到由高频爆破振动波加速度向低频振动波加速度的转换方法,提出边坡极限平衡分析法的爆破振动等效加速度计算方法,为边坡施工期爆破动力稳定分析爆破荷载确定提供理论依据。     

爆破震动对采空区稳定性影响的FLAC3D分析

针对厂坝铅锌矿受到乱采乱挖破坏的情况,运用FLAC3D对爆破震动作用下采空区的稳定性进行了数值分析。根据现场实测数据,选取了2条不同的实测速度时程曲线作为爆破震动输入,分别进行了静力和动力计算。分析结果表明:(1)采空区开挖后,最大位移量为4.75mm;(2)施加爆破动载荷后,最大位移量增至5.47mm,增幅与爆破震动速度成正比;(3)围岩位移分布的变化受震动波形的影响。爆破震动作用下围岩应力场发生二次重分布,塑性区分布面积明显扩大,采空区右上方露天边坡脚亦受到影响。分析结果与实际观测结果相吻合,并给出了避免爆破震动诱发采空区失稳塌陷的几条建议。     

某水电站边坡开挖爆破震动动力响应有限元分析

边坡爆破开挖的动力响应极其复杂,利用ANSYS进行模拟分析是有效可行的。详细介绍了某水电站高陡边坡计算模型的概化方法、建立方式。利用自编程序,将爆破震动实测速度时程曲线转化为加速度时程曲线作为计算荷载,对该边坡爆破开挖进行了ANSYS有限元模态分析和应力响应、位移响应、速度响应时程分析。模态分析结果表明,边坡的固有频率远低于爆破震动的主频,因此不会产生共振现象。时程分析结果表明,尽管此次爆破的震动速度最大值超标,各种应力在坡脚底部存在应力集中现象,但各应力值都较小,边坡没有发生任何塑性变形,若仅考虑爆破振动动力影响,不足以使边坡产生整体破坏;同时,随着爆破规模的增大,出现了明显的速度放大效应和惯性滞后效应。     

Safety assessment for buried drainage box culvert under influence of underground connected aisle blasting: A case study

Blasting engineering in complex urban environments is considered to influence the safety and stability of the overlying drainage box culvert structure owing to vibration. Therefore, field blasting and vibration tests were performed on the blasting engineering of the Wuhan Metro Line 8 connected aisle, and the LS-DYNA software was used to analyze the dynamic response characteristics of an underground drainage box culvert during the blasting test. The vibration response evolution law of the buried drainage box culvert under blasting vibration was investigated, and a safe surface control standard for the blast vibration of a drainage box culvert is proposed. The results reveal that the maximum tensile stress of the box culvert structure was 0.33 MPa. The peak particle velocity (PPV) and peak tensile stress (PTS) of the drainage box culvert decreased as the water level in the box culvert increased. Based on the relationship between the tensile stress of the box culvert, PPV of the box culvert, and PPV of the surface, it is proposed that the surface control velocity of the buried drainage box culvert is 1.36 cm/s.     

公路隧道爆破施工对邻接人防工程影响的安全监控分析

针对穿越既有人防工程的软弱围岩公路隧道,采用小进尺的微差光面爆破技术,合理安排施工顺序,减小爆破振动效应及其影响,结合施工监测并及时反馈,通过调整爆破参数和施工工艺,使爆破振动得到有效控制,在保证既有人防工程安全的同时也使公路隧道得以安全、顺利地通过既有人防工程区段。监测结果表明:隧道开挖方案、施工工艺及爆破控制措施是影响近接人防工程安全的重要因素;对于Ⅳ、Ⅴ级围岩爆破施工中,不同方向的主振频率和能谱分布及幅值差异很大,沿隧道轴向的主振频率分布于0~20 Hz的低频段,而横向和竖向振动的主振频带较宽(0~200 Hz),前者功率谱峰值是后者的10倍以上;在监测过程中,应特别注意主振频率在20 Hz以下,速度大于50 mm/s的振动对人防工程的安全影响;人防仓库底板位移和围岩压力变化均未超过规范规定的限值。