爆破地震波作用下燃气管道的安全距离研究

为了保证爆破施工不会对埋地输气管道造成不良影响,研究爆破荷载作用对燃气管道的安全判据非常必要。从理论的角度建立瑞利波作用时燃气管道轴向应变、环向应变与爆破振动速度关系的计算方法,从爆破试验回归分析得到爆破振动速度与爆心距的具体函数关系,进而结合管道最大容许应变计算出在已知装药量的条件下爆破施工时的最小安全距离。结果表明:管道轴向应变、环向应变与振速成正比,结合场地条件计算出地下管道最小安全距离为25.3 m,说明国家燃气管道安全管理条例规定燃气管道50 m范围内禁止爆破施工有较大的安全余地。     

隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应试验

埋地管道爆破动力响应特性是城市管道抗震优化设计的依据。设计并开展城市地铁隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应的相似模型试验,监测埋地管道应变、加速度及地表振动速度值,解析地铁隧道爆破地震波的传播衰减机制及其对邻近埋地管道动力响应影响规律。结果表明,基于量纲分析理论的振动速度预测模型用于隧道爆破时地表PPV预测切实可行;相同爆破荷载作用下,埋地钢管加速度峰值是PVC管的1.5～1.8倍;隧道"空洞效应"导致埋地管道在成洞区一侧的加速度响应更为剧烈;埋地PVC管在各测点处环向应变大于轴向应变,且大于钢管应变值,试验得到可有效监测埋地钢管和PVC管应变响应的最大临界比例距离分别为117 m/kg和263 m/kg。     

隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应试验

埋地管道爆破动力响应特性是城市管道抗震优化设计的依据。设计并开展城市地铁隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应的相似模型试验,监测埋地管道应变、加速度及地表振动速度值,解析地铁隧道爆破地震波的传播衰减机制及其对邻近埋地管道动力响应影响规律。结果表明,基于量纲分析理论的振动速度预测模型用于隧道爆破时地表PPV预测切实可行;相同爆破荷载作用下,埋地钢管加速度峰值是PVC管的1.5～1.8倍;隧道"空洞效应"导致埋地管道在成洞区一侧的加速度响应更为剧烈;埋地PVC管在各测点处环向应变大于轴向应变,且大于钢管应变值,试验得到可有效监测埋地钢管和PVC管应变响应的最大临界比例距离分别为117 m/kg和263 m/kg。     

桥梁桩基爆破近区地震波传播特性及应用研究

为研究桥梁桩基浅孔爆破地震波在爆源近区的传播特性及对邻近埋地天然气管道的影响,结合荣乌高速桥梁桩基爆破工程,现场布置与试验桩基边沿水平距离为L(2.2 m、3.2 m、5 m、9 m、15 m、21 m)的6个测点在不同的桩基深度H(12 m、14.5 m、15.5 m、18.2 m)下进行爆破试验。试验测试结果表明:随着水平距离的增大,水平径向和垂直方向的爆破振动速度呈现不同的变化趋势,且不同距离范围内,两者之间的大小关系也不相同;水平径向和垂直方向爆破振动速度随桩基深度的增加呈减小趋势,其中距离爆源越近,垂直方向振动速度减小趋势越明显;同等药量条件下,掏槽孔爆破振动远大于周边孔爆破振动。     

黄岛LPG地下储库开挖爆破的振动效应研究

结合实测地表爆破振动速度数据,基于量纲分析理论,提出了考虑爆源埋深的爆破振动速度公式,对黄岛LPG地下储库开挖爆破的振动效应进行了研究。研究表明:对于地下储库开挖爆破,考虑爆源埋深的爆破振动速度公式比萨道夫斯基公式的预测精度更高,但当爆源埋深与爆心距的比值≥0.85时,可以使用萨道夫斯基公式来预测爆破振动速度;垂直向振动速度峰值较大,施工过程中应重点监测;爆破振动速度随爆源埋深的增加呈衰减趋势,不存在爆破振动速度的放大效应。研究结果可为后续的类似研究提供一定的参考。     

黄岛LPG地下储库开挖爆破的振动效应研究

结合实测地表爆破振动速度数据,基于量纲分析理论,提出了考虑爆源埋深的爆破振动速度公式,对黄岛LPG地下储库开挖爆破的振动效应进行了研究。研究表明:对于地下储库开挖爆破,考虑爆源埋深的爆破振动速度公式比萨道夫斯基公式的预测精度更高,但当爆源埋深与爆心距的比值≥0.85时,可以使用萨道夫斯基公式来预测爆破振动速度;垂直向振动速度峰值较大,施工过程中应重点监测;爆破振动速度随爆源埋深的增加呈衰减趋势,不存在爆破振动速度的放大效应。研究结果可为后续的类似研究提供一定的参考。     

爆破振动对地下管道影响试验及风险预测

为了降低爆破振动有害效应,探究爆破振动对地下管道的影响,需基于管道破坏的应变准则,建立爆破振动质点峰值速度与管道破坏的对应关系。利用TC-4850N爆破振动测试仪、DH3820静态应变测试系统在大龙经济开发区高铁城棚户区山地场平工程进行爆破现场试验;对获得不同爆心距、不同最大段装药量时管道地表振动峰值速度及相应管道轴向、环向应变,进行拟合分析,结果表明合成峰值振速与地下管道轴向、环向应变呈指数函数关系;结合该场地条件下爆破振动衰减规律及管道最大容许应变,预测出试验条件下管道所能承受的地表最大峰值振速及此爆破条件下管道爆破施工安全距离。分析表明,燃气管道50 m范围内禁止爆破施工的规定有待改进,应根据实际情况分析预测地下管道安全距离。     

基于灰色关联分析浅埋隧道爆破振动影响因素

为安全、科学地控制浅埋隧道爆破振动的危害,采用灰色关联分析方法对浅埋隧道爆破振动影响因素进行分析。选取总药量、最大单段药量、掏槽孔最大单段药量、爆心距和段数为研究的相关因素变量,确定振动速度和主振频率为系统特征变量,结合某隧道爆破实测数据,进行灰色关联计算,然后对其计算结果进行排序和优势分析,得出影响浅埋隧道爆破振动因素的主次顺序,其中总药量、掏槽孔最大单段药量、爆心距和段数起着主要作用;得出了影响浅埋隧道爆破振动的准优因素为总药量,掏槽孔最大单段药量对其也起着主要作用。灰色关联分析法的分析结果对确定浅埋隧道爆破振动影响因素可以提供科学的理论依据。     

地铁隧道掘进爆破对既有埋地管道的动力影响

为研究爆破载荷作用下临近埋地管道的安全性,利用ANSYS/LS-DYNA建立炸药、岩土体、埋地管道的管土耦合模型,对爆破荷载下埋地管道的动力响应进行研究.通过监测管道迎爆面-背爆面特定单元的应力和速度时程曲线,发现距管道两端1/4处的迎爆面存在应力集中现象,背爆面有局部应力放大效应,10～21 ms时管道轴向振动速度最...     

下穿隧道爆破地震作用下埋地输气管道的动力响应规律研究

以下穿兰成渝输气管道的西安至成都客运专线仙女岩隧道爆破为背景,根据现场实测振动数据,采用LS-DYNA3D方法和掏槽孔爆破的等效药包原理,建立能反映输气管道与其周围土体相互作用的三维动力有限元模型,分析爆破地震波引起的埋地输气管道的动力响应规律,包括不同隧道埋深、管道直径与管道壁厚对管道振动特征及其响应动应力的影响规律。研究结果表明:爆破地震作用将引起埋地输气管道下部压缩、上部拉伸的动力响应;在隧道埋深20 m、掏槽孔总药量为14.4 kg同时起爆的条件下,直径512 mm、壁厚8 mm输气管道的最大轴向压应力和最大轴向拉应力分别是9.57 MPa和7.76 MPa,仅为管道屈服强度的1.99%和1.61%,相应的管道地表振速为15.28 cm/s;爆破地震作用引起的输气管道动应力随着隧道埋深的增加而显著降低,而管道直径的增加或壁厚减小都会引起管道动应力增大;管道上方地表土体的振动速度随着管径的增大而减小,管壁厚度对管道和土体的质点振动速度基本没有影响。     

Mechanical Response of a Buried Pipeline to Explosion Loading

In order to study the stress-strain response of a buried pipeline with internal pressure under the ground explosive, a numerical calculation model of the buried pipeline with internal pressure was established. The dynamic process of the buried pipeline was simulated after the explosion on the ground. Effects of internal pressure, magnitude of TNT, wall thickness, and buried depth on the stress-strain of pipeline were studied. The results showed that the region of high stress and plastic strain presented to the upper pipeline and extended toward axial direction, and then extended toward circumferential direction under the ground explosion. With the increasing of internal pressure, the high-stress zone fades away, the plastic strain zone and deformation of pipeline decrease. The stress and deformation of buried pipeline increase with the magnitude of TNT increases, but they decrease with the increasing of buried depth and wall thickness. Those results can provide theoretical basis and reference for pipe laying of oil-gas pipeline, safety evaluation, and maintenance, etc.     

基坑开挖爆破作用邻近压力燃气管道动力响应特性研究

确保复杂城市环境基坑爆破开挖工程中邻近压力燃气管道的安全性是关键性问题。依托武汉地铁8号线二期竖井基坑爆破开挖工程,利用现场监测数据建立ANSYS/LS-DYNA三维有限元数值计算模型,分析计算了不同运行压力条件下埋地燃气管道的动力响应特性。研究结果表明:实际工况下管道截面峰值合振速为0.453 cm/s,单元峰值von-Mises应力4.95 MPa,压力燃气管道处于安全运行状态;管道截面峰值合振速大于其正上方地表振速,且两者存在线性关系,由此建立管道爆破振动速度的预测模型;管道截面峰值合振速、峰值von-Mises应力均位于迎爆侧,且随管道内压的增加而增加,内压为零时为最佳运行状态,由此建立了管道峰值von-Mises应力与内压、爆破参数的数学计算模型,为实际爆破工程的安全作业提供指导。     

Mechanical behaviour analysis of buried pressure pipeline crossing ground settlement zone

Numerical simulation model of buried pipeline crossing ground settlement zone was established considering pipeline–soil interaction. Mechanical behaviour of the buried pipeline was investigated, and effects of ground settlement, pipeline parameters and surrounding soil parameters on mechanical behaviour of the buried pipeline were discussed. These results show that there are two high stress areas on both sides of the dividing plane. High stress areas are oval on the top and bottom of the pipeline. Z-shape bending deformation appears under the action of ground settlement. In ground settlement zone, axial strain on the top of the pipeline is compression strain, and axial strain on the bottom of the pipeline is tension strain. On the contrary, they are tension strain and compression strain respectively in no settlement zone. Bending deformation, axial strain and plastic strain of the buried pipeline increase with the increase in ground settlement. Von Mises stress, high stress area, axial strain and plastic strain of the buried pipeline increase with the increasing diameter-thick ratio and internal pressure, but they decrease with the increase in buried depth. Diameter-thick ratio and internal pressure have a small effect on the bending deformation of the buried pipeline. Bending deformation decreases with the increase in buried depth in ground settlement zone. Von Mises stress and high stress area increase with the increasing surrounding soil’s elasticity modulus and cohesion, but they increase first and then decrease with the increase in Poisson’s ratio. Bending deformation of the pipeline in no settlement zone increases with the increase in elasticity modulus and Poisson’s ratio, but it is affected little by the cohesion. Axial strain and plastic strain have a bigger relationship with the elasticity modulus and Poisson’s ratio. Axial strain and plastic strain of the buried pipeline increase with the increase in cohesion, and the change rates increase with the increase in ground settlement.     

鞍钢第二发电厂120m钢筋混凝土烟囱爆破拆除

介绍了一座高 12 0m、底部直径 9 2m、壁厚 5 0 0mm的钢筋混凝土烟囱的定向控制爆破拆除。文中讨论了爆破切口的选取、爆破参数和装药量的确定。在定向窗和导向窗的设计中 ,把清灰口作为导向窗的一部分 ,在以倾倒中心线为对称轴的相应位置上开凿另一部分导向窗。此外 ,还简述了预处理、起爆网路和安全技术措施等。     

爆炸荷载下埋地管道动力响应分析研究

埋地管道设计规范通常仅考虑管内介质的性质、埋设方式和深度、地质条件和环境气候条件,而未考虑爆炸荷载的影响作用。本文利用有限元软件ANSYNS/LS-DYNA对炸药地面爆炸或侵入土中浅层爆炸两种情形下埋地管道的动力响应问题作了三维模拟,对比分析了炸药设置方式、炸药用量、爆心距和管道管径等因素对埋地管道损伤的不同作用。结果表明:相近条件下,炸药侵入土中浅层爆炸比地面爆炸对埋地管道可能产生的实质性损伤更大;在炸药地面爆炸荷载下,爆心距的影响作用比炸药用量更为突出,而管径的影响作用几乎可以忽略;在炸药侵入土中浅层爆炸荷载下,炸药用量的影响作用与爆心距变得较为接近,管径的影响作用则略有增加。     

浅埋金属圆管在爆破拆除塌落冲击振动下的动态响应

为研究爆破拆除过程中浅埋地下金属圆管对塌落冲击的动态响应,采用模型试验和数值模拟相结合的手段,探究了塌落冲击载荷作用下塌落高度、重物质量以及管土刚度比对浅埋金属圆管动态应变的影响,得到了埋地圆管在不同参数影响的塌落冲击载荷作用下的动态响应规律;相似律指导下,采用数值计算方法验证了爆破拆除过程中塌落冲击浅埋金属圆管的缩比模型中土体和金属圆管的动力学响应符合相似关系。研究成果可以为复杂环境下高层建(构)筑爆破拆除工程的模型试验设计及减振防护设计提供理论参考。     

Modeling the behavior of natural gas pipeline impacted by falling objects

A numerical approach, based on the finite-element method was established in this paper to simulate impact behavior of buried gas pipeline. A three-dimensional elastic perfectly plastic soil model with plane strain conditions was employed in this analysis. The influence of relative stiffness of pipeline–soil, buried depth of pipeline and impact energy on the stress distribution of buried pipelines was discussed. The analysis results showed that the maximum pipeline stress decreased with the increase of the relative stiffness of pipeline–soil; however, the penetration depth was independent of the relative stiffness of pipeline–soil. Pipeline stress decreased with the increase of buried depths and began to stabilize when the buried depth was more than 3 m. The results of impact load and penetration depth considering the plasticity of soil were much larger than those not considering it. To minimize the discrepancy of results between the current approaches and the actual situation, a new method was put forward to improve the accuracy of the proposed formula computing impact load and penetration depth. The results from the new theoretical method were closer to those from the finite element analysis and tests.