边坡爆破振动测试及响应规律ANSYS时程分析

岩质高陡边坡在爆破作用下的动力响应规律十分复杂,采用现场爆破振动测试和ANSYS数值模拟时程分析相结合的方法进行研究有效可行。为了解爆破振动对边坡稳定性的影响,摸清边坡爆破开挖的动力响应规律,采用施工现场爆破振动测试结果分析和ANSYS动力响应时程分析相结合的方法对一工程边坡进行分析研究。爆破振动测试结果分析表明:对于岩质高陡边坡,当爆破规模较大时,振动速度可能沿高程出现放大效应,应尽量采用没有放大效应或者放大效应较弱的爆破方式,以减小爆破振动,提高边坡在爆破动力作用下的稳定性。ANSYS时程分析表明:(1)各种应力值较小,但存在集中现象;(2)各节点的位移也较小,边坡未出现塑性变形;(3)速度模拟值与实测值基本吻合;(4)若仅考虑爆破动力影响,不足以使边坡产生整体破坏;(5)随着爆破规模的增大,出现较明显的速度放大效应和惯性滞后效应;(6)模拟计算的边坡动应力、位移和速度等特征能够较好地反映边坡的动态响应特征。数值模拟结果与现场测试结果吻合较好,对类似工程具有一定的指导意义。     

基于FLAC3D的地震动动态安全系数求解方法研究

地震动作用下边坡的安全系数是一个波动值,如何获取边坡的地震动动态安全系数是边坡抗震稳定性分析中的重点和难点问题。基于FLAC3D建立了三维边坡模型,在该模型中设置监测点,对其进行动力时程响应分析。然后通过对Fish语言的二次开发,获取了边坡在不同时刻的位移、应力、速度、加速度场和边界条件信息,自动生成了包含地震动动力响应特性的边坡模型。在此基础上,采用有限差分强度折减法计算边坡安全系数,获得地震过程中边坡安全系数变化曲线。工程实例计算结果表明本文中提出的方法的计算结果是有效的,为边坡抗震稳定性分析提供了科学依据。     

基于时程分析的岩质高边坡开挖爆破动力稳定性计算方法

提出一种计算岩质高边坡爆破开挖情况下动力稳定性安全系数的时程分析方法。根据爆破振动峰值速度衰减规律和爆破振动速度或加速度时程曲线，可计算得到特定时刻作用在各条块上的爆破振动惯性力，并根据其相位确定惯性力作用方向，然后施加到各条块上。结合刚体极限平衡分析方法中的Sarma方法，即可求得对应于该时刻边坡的稳定性安全系数。以某一时间步长进行整个爆破过程的计算，可得到相应的爆破动力作用下的边坡动力稳定性安全系数时程曲线。该法综合考虑爆破振动的幅值衰减、频谱特性和相位角的变化，突破了拟静力法中用综合影响系数折减爆破荷载的局限性，得出的边坡爆破振动稳定性安全系数随时间的变化规律，可较好地反映边坡稳定性在爆破过程中的变化过程，为优化边坡爆破开挖设计提供依据。     

爆破开挖路堑边坡稳定性分析

结合湖北白洋长江公路大桥路堑高边坡工程,运用Geostudio软件中的QUAKE/W和SLOPE/W模块,爆破荷载采用实测输入加速度时程分析方法;同时,联合FLAC~(3D)软件中爆破荷载采用等效三角型荷载动力分析方法;采用爆破震动数值模拟了该边坡的动态响应变化过程,共同分析和评价爆破荷载动力作用下边坡的稳定性、应力、位移、各监测节点速度、塑性区分布。分析表明:该断面处爆破作用对边坡稳定性具有一定影响,但范围有限,不会引起边坡失稳破坏,这与现场工程实际情况相吻合。     

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。     

某砌体房屋爆破地震动的实测及结构动力反应时程分析

为准确分析国家重点工程温福铁路的福建III标段笔架山隧道爆破施工中对邻近的砖混建筑物产生的振动影响,本文对隧道爆破振动效应进行实测,根据实测数据采用时程分析法计算房屋结构的动力响应。结果表明:《爆破安全规程》(GB6722-2003)中安全速度规定是偏于安全的;以实测数据为基础,速度激励的时程分析方法对爆破地震动对房屋的影响进行评价,是一种可行的、较为精确的方法。     

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。     

某羊角型输电塔的风振响应分析

本文首先简述了应用线性滤波法中的自回归模型(AR模型)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱的一致性,再通过规范公式推导脉动风载与风速之间的关系,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本。本文以某羊角形输电塔为原型进行了模拟计算分析,用有限元分析软件ANSYS建立了有限元模型,并用MATLAB生成塔架迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用ANSYS对结构进行了模态分析,结果显示结构的基本模态为平面振动,但是同时具有扭转模态和局部振动模态;对此输电塔结构进行了平均风作用下的静力分析,同时,基于ANSYS时程分析方法计算了结构在一般风荷载作用下的风振响应。结果表明,在考虑一般风荷载作用的情况下,输电塔在顶部出现最大的位移和加速度响应,而在底部出现最大的轴力响应,但由于本文输电塔结构杆件的变截面设计,最大的应力出现在约1/3高处的杆件上。相对于平均风的作用,结构响应在一般风荷载下呈现出明显的动力放大效应。     

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。     

基于矢量和方法的边坡动力稳定性分析

 边坡矢量和方法是基于力的矢量特性和边坡体真实应力场的分析方法,动力有限元法可模拟得到边坡体在天然地震动荷载作用下每一时刻的应力状态,在此基础上采用边坡矢量和法进行动力稳定性分析,可得到边坡体在地震动过程中的安全系数时程曲线,进而对其动力稳定性进行评价。针对一高陡边坡,在静力稳定性分析的基础上,针对软弱结构面控制的深层滑移面采用矢量和法进行动力稳定性分析,计算中考虑小震(50 a超越概率63%)和大震(50 a超越概率2%)作用下的动力响应。计算结果表明,在小震和大震作用下的动力安全系数分别为1.86,1.66。矢量和法能够较真实地模拟边坡在地震动过程中的动力特征和稳定性状态,为边坡动力稳定性分析提供一种切实可行的分析途径。     

爆破开挖对路堑高边坡稳定性影响分析

 岩质高边坡是山区公路建设中常见的一类边坡工程,其动力稳定性分析一直是岩土工程密切关注的问题。在分析路堑开挖爆破振动及其效应的基础上,探讨边坡动力稳定性的分析方法和安全评价标准;结合延庆—龙庆峡路改建工程,建立爆炸荷载作用下路堑边坡动力响应的有限元分析模型,探讨不同爆破方法和不同设计边坡条件下,下台阶爆破开挖对上台阶边坡稳定性的影响。研究结果表明,采用缓冲爆破技术,同时设计采用适宜的边坡坡度,可有效降低边坡质点振动速度,控制爆破开挖对路堑边坡稳定性的影响。     

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。     

某路堑边坡爆破开挖有限元数值模拟研究

根据某路堑边坡爆破开挖工程,采用有限元模型进行数值模拟,分析爆破振动波在边坡介质中的应力场、位移场、速度场等的传递规律,并且结合爆破振动监测,分析了爆破开挖对路堑边坡稳定性的影响。该分析结果为实现爆破施工安全、保持边坡稳定提供了帮助。     

岩质边坡爆破振动速度的高程放大效应研究

 岩质边坡爆破振动的高程放大效应是边坡上振动速度传播规律的重要研究内容之一。基于岩质边坡爆破振动高程响应机制的理论分析以及边坡开挖爆破振动的数值模拟与实例分析,研究边坡爆破振动速度的高程放大效应。结果表明,边坡爆破振动速度的高程放大效应是在一定的条件下产生的,受爆破振动荷载特性及边坡坡形等因素的影响。爆破振动荷载作用下,边坡坡面不同高程台阶岩体结构的自振主频率处于爆破振动荷载主频带范围内,台阶部位岩体结构的振动响应会产生“鞭梢效应”,导致台阶部位岩体振动速度放大。在边坡坡形骤变、坡度增大时,边坡上一级台阶岩体的振动速度可大于下一级台阶岩体的振动速度,产生显著的振动速度高程放大效应。坡形相近的条件下,台阶坡脚处的振动速度随高程的增加逐渐减小,不出现振动速度高程放大效应。“鞭梢效应”影响下,边坡台阶边沿的振动速度较大,但应力、应变较同高程台阶坡脚处的小,边沿部位的振动速度不适宜评价边坡的稳定性。     

围岩压力对爆破信号频域能量分布影响研究

随着金属矿山开采深度进一步加大,上覆岩体引起的高围压极易导致围岩发生片帮冒顶等失稳破坏,目前,所建立的爆破震动效应安全判据均未考虑开挖深度及围岩压力因素。笔者通过对不同围岩压力下巷道围岩的爆破震动效应进行数值模拟,利用小波能量理论在频域范围内分解巷道围岩响应信号,得到响应信号的频带总能量以及在不同频率区间内的能量分布,并得出围岩压力对响应信号频带总能量以及频带能量分布的影响规律。结果表明:围岩压力越大,响应信号的频带总能量越大,且频带总能量的增幅以主频带内能量增幅为主;随着围岩压力增大,次频带内能量向主频带内转移,导致频带能量趋于集中。明确不同围岩压力作用下爆破震动信号频域能量的分布规律,为进一步建立考虑围岩压力因素的爆破震动效应安全判据奠定基础。     

地应力瞬态卸载诱发振动的能量分布特性

 高地应力条件下隧洞爆破开挖中,岩体初始应力的瞬态卸载诱发的振动是岩体爆破开挖振动的重要组成部分。为揭示地应力瞬态卸载诱发振动能量特征及其对爆破开挖振动能量分布的影响,采用基于功率谱的振动能量分析方法,研究爆炸荷载和不同水平地应力瞬态卸载诱发的振动能量频域分布特征。研究表明：爆炸荷载与地应力瞬态卸载诱发振动的能量频域分布范围基本一致,但瞬态卸载诱发振动主频一般低于爆炸荷载诱发振动主频;地应力瞬态卸载诱发振动会增加爆破振动能量的低频成分,是影响爆破开挖振动能量分布特性的重要因素;地应力水平的提高会增大地应力瞬态卸载诱发振动的幅值,对能量的频域分布无影响。     

改扩建公路岩质高边坡爆破开挖稳定性分析

为研究不同爆破开挖方式对岩质高边坡稳定性的影响,依托京沪高速公路改扩建工程,建立岩质高边坡爆破荷载时程曲线,研究了边坡采用同时起爆和微差爆破两种起爆方式的动力响应特征,对比分析了两种起爆方式的安全系数以及质点速度变化规律。结果表明:采用修正的爆破荷载常量B计算等效爆破动载的方法,研究爆破作用下的岩质高边坡的稳定性是合理可靠的; 采用微差爆破边坡稳定性较高,边坡的安全系数随等效爆破动荷载的施加呈现出递减的周期性变化,在等效爆破动荷载F达到最大值F_max和0.6F_max时所对应的安全系数为极小值点; 各质点的速率变化与爆破动荷载的施加有同步变化,随着质点距爆破区的距离增加,规律逐渐减弱,仅在最大值附近出现峰值振动,而同时起爆的各质点的速率要大于微差爆破,不利于边坡开挖,各测点之间的峰值依次出现了递减和滞后的现象; 采用微差爆破在爆破区附近出现了应力集中现象,局部剪应力大于岩体的抗剪强度,产生剪切破坏,爆破前后的位移监测差值较小,取得了良好的松动作用,岩体出现局部裂隙,应注意后期及时支护。