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。     

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。     

锚碇式隧道爆破振动效应数值试验

为了研究南溪长江大桥锚碇隧道后续洞掘进爆破时隧道围岩的振动特征,采用动力有限元(LS-DYNA)数值计算的方法,对锚碇隧道后续洞掌子面开挖至隧道轴线27 m处的工况进行了数值计算,将计算结果与现场实测数据进行了对比分析,证明了数值计算的可行性。根据数值计算结果对隧道中隔岩墙的振动特征进行分析可以得到以下主要结论:先行锚碇隧道迎爆侧水平向的峰值振动速度最大。随着距离爆破掌子面轴向距离的不断增大,先行洞迎爆侧边墙上各监测点在三个方向上的振速峰值分量越趋近于一致。后续洞掘进爆破引起的在中隔岩墙上的最大振速峰值的位置位于掌子面掘进方向上约1 m左右。在后续洞进行爆破开挖时,振速峰值均随着距离掌子面轴向距离的增大而减小,并且沿隧道掘进方向的衰减速度比反方向的衰减速度慢。     

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。     

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。     

爆炸荷载下岩质边坡动力特性试验及数值分析研究

 采用室内混凝土边坡模型试验方法,结合动力有限元程序模拟技术手段,对爆炸冲击荷载作用下岩质边坡的动力特性进行分析研究。研究结果表明：爆破地震波在边坡坡体上的传播及衰减特性与平地不同,质点振速峰值随爆心距的衰减相对要小得多,垂直与水平质点振速峰值衰减指数分别为0.76和0.42。比较坡顶与坡面测点振速发现,坡顶的垂直与水平质点振速峰值均大于坡面质点振速峰值,表明坡顶质点振速存在放大效应。比较迎爆侧3#测点与背爆侧4#测点的质点振动峰值,垂直和水平方向振速峰值分别降低72.7%和67.6%。由此可见,采用减震沟减震措施可以大大降低爆破振动强度,并能有效改善冲击荷载作用下边坡的应力状态。另外,比较试验与计算结果得出,质点振速及回归方程指数与试验数据均在同一量级上,坡顶质点振速随高程增加而放大,可见数值计算结果能很好反映实际爆破振动规律。     

爆破振动对既有高铁隧道衬砌安全的影响分析

在救援通道爆破掘进施工中,为了确保邻近金山顶隧道的安全,运用现场测试技术与数值法探讨了爆破振动对邻近高铁隧道衬砌结构的振动影响。其中数值分析表明既有隧道迎爆侧受水平应力波为主,径向振速明显大于垂向振速;迎爆侧从拱顶至墙脚,径向振速先增后减,墙腰处最大,拱脚处次之,墙脚处径向振速大于拱顶处;垂向振速呈现先减小后增大趋势,拱顶处最大;既有隧道衬砌墙腰处受拉应力最大,易出现拉伸破坏。最后基于动力弹性理论,依据现场测试数据振速和混凝土动应变的关系,通过线性拟合确定了爆破施工过程中隧道衬砌安全条件下爆破振动速度不大于6 cm/s。     

基于爆破振速的隧道围岩力学参数反演

采用FIAC3D为正演工具对山岭隧道爆破开挖产生的边墙振速进行数值模拟,结合正交设计和均匀设计试验得到训练样本和测试样本,建立反映围岩参数与振速非线性关系的BP神经网络模型,并基于隧道现场实测爆破振速反演得到围岩的弹性模量和泊松比等参数。结合反演得到的围岩力学参数,建立隧道地质计算模型,对爆破振动条件下围岩的稳定性分析进行数值计算,结果表明,采用数值方法计算得到的爆破振速理论值与现场实测结果吻合较好,说明基于爆破振速的围岩参数反演方法是合理可行的。     

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。     

超大断面高天井短微差类球状药包爆破成井技术与工程实例

 高精度雷管短微差爆破是提高超大断面高天井爆破成井效率和降低爆破振动效应的有效手段。分析短微差类球状药包爆破漏斗的形成过程,理论推导深孔爆破成井同层孔间短微差延期时间和层间微差延期时间的计算公式。对短微差成井爆破的破岩效果和振动规律进行数值模拟,得到不同微差时间下天井爆破模型的有效应力峰值、有效应力作用时间和振速峰值。通过对计算结果的综合研究,确定调压井导井爆破同层孔间最佳短微差延期时间为9～11 ms。研究结果在超大断面调压竖井导井爆破中得到成功应用,现场应用结果表明：短微差类球状药包爆破解决了超大断面高天井爆破成井难题,突破了成井高度限制,同时有效降低了爆破振动破坏效应,研究结果具有广阔的推广应用前景。     

青岛小净距海底隧道爆破振动响应研究

介绍青岛胶州湾海底隧道的工程概况和邻近隧道爆破控制的研究现状。由位于断层破碎带f3-1中的典型断面ZK5+607的几何参数和地质资料构建三维尺寸为215m×86.1m×60m的数值计算模型,对后行隧道上台阶掏槽眼的爆破效应进行分析。采用国际上常用的计算模式模拟爆破荷载,根据FLAC3D动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上。以控制点振速峰值和塑性区体积为标准对施工方案进行优选,分析认为施工中应尽量减小各掌子面纵向间距、严格控制掘进进尺和装药不耦合系数、施作中空孔。用优选的方案进行研究并得出结论:爆破施工对海底隧道岩石覆盖层的影响范围在15m之内;施工洞和服务洞的围岩振动影响较大,且爆破工作面前方的爆破振动强度大于后方,在其影响范围内应注意加强监控量测并推迟二次衬砌的施作;施工洞拱部、先行洞迎爆面边墙是爆破振速峰值最大的部位,施工洞拱部出现了应力集中现象和拉应力区,施工中应加强支护。     

爆破地震波作用下建筑物动力响应分析

通过对一片砌体墙进行数值模拟,采用地铁隧道施工沿线爆破的振动现场实测振动数据,并进行调幅,对比分析墙体的破坏规律.通过分析结果评价隧道爆破施工对建筑物产生的破坏影响,并探讨爆破施工过程中安全的控制振速.     

隧道掘进爆破诱发隧道后方开挖段地表振动效应分析

针对目前在隧道已开挖区段地表振动效应理论研究的不足,从理论方面对隧道的地表振动效应进行了研究,并利用现场实测数据加以验证和分析。首先,对隧道掘进爆破模型进行简化,将掏槽孔的爆破简化为一系列球形药包的爆破,再利用保角映射将隧道已开挖段地表质点的振动问题转化为半空间内一系列球形药包的地表振动问题,最终得出已开挖段地表质点的振动速度计算方法。通过实际工程,对比了理论和实测的隧道轴线振速峰值分布曲线,验证了理论计算方法的可行性,同时利用理论计算方法探讨了隧道埋深对隧道轴线振速峰值的分布规律,发现隧道埋深较浅时,已开挖段振速峰值大于未开挖段的现象较明显,随着埋深的增加,该现象逐渐消失。     

侧压力系数对海底隧道爆破效应影响数值分析

以拟建的某海底隧道工程为背景,采用FLAC对隧道掘进钻爆引起的震动效应进行了数值模拟。将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上,根据围岩类型和岩层覆盖厚度设计值选取典型的隧道断面进行模拟计算;提取出影响围岩稳定性的关键点位置的峰值振速及加速度值。数值模拟结果表明,各关键节点的振动速度、加速度均小于相应规范要求的临界值,因此选取的爆破参数满足爆破工程稳定性和安全性要求。同时,总结出侧压力系数对水平方向和垂直方向的振动效应的影响。     

隧道洞中爆破振动对地表影响的数值分析

随着山区高速公路隧道的建设的发展,新建隧道洞中爆破施工引起地表振动已经日益成为急需解决的工程问题。针对隧道洞中爆破振动对地表影响的安全问题,结合花溪至安顺高速第五合同段跳花坡隧道爆破的工程概况,采用Midas/GTS有限元分析软件,建立了隧道洞中爆破振动对地表影响模型。基于此模型各振速的计算结果,分析了此模型不同时段各振速的变化规律,拟合出了地表各测点峰值总振速的预测公式。研究结果表明,随着爆破荷载作用时刻的增加,模型的总振速、水平振速、轴向振速和竖向振速都先增大后衰减。同时,多峰高斯函数可以用来拟合地表测点振速与高程差和爆心距离比值的公式。     

城市隧道爆破对附近地表的振动监测与影响分析

对某现场爆破振动地表振动速度峰值监测结果进行了研究,拟合得到了地下工程岩石开挖爆破地面振动速度的变化规律,并对同断面、同药量、同测点掏槽爆破地表质点振速和非掏槽地表质点爆破振速进行比较,结果表明掏槽爆破产生振速较大,合理设计掏槽为关键点。     

地下厂房硬性结构面切割围岩体爆破振动特性研究

为研究多硬性结构面切割下围岩体的爆破振动特性,依托托巴电站地下厂房,开展多硬性结构面切割围岩体的爆破振动特性现场试验研究。首先,分析托巴地下厂房硬性结构面的岩体特征与现场施工情况;然后,基于工程现场条件,设计地下厂房爆破振动试验方案,开展爆破振动现场监测试验研究。研究表明,多硬性结构面切割围岩体中峰值振速衰减规律受到比例距离(爆心距与炸药量的立方根之比)和结构面倾角的共同影响,呈现显著的非线性关系;同时,重点针对结构面倾角对围岩体爆破振动特性的影响,研究考虑比例距离和单结构面不同倾角下的围岩质点爆破振动规律,并提出相应的计算公式;在此基础上,基于围岩爆破安全振速理论,研究地下厂房多硬性结构面切割围岩体的爆破安全距离,并将研究成果进行工程应用实践。     

浅埋偏压隧道开挖爆破振动与控制技术

以密兴路改建工程火郎峪隧道工程为背景,进行掘进爆破地表振动监测与控制技术研究。监测与分析结果表明:①沿隧道横断面,偏压浅埋处地表振速最大;沿隧道开挖方向,自成洞区向未开挖区地表振速呈现递减趋势;②将大楔形掏槽改为多级小楔形掏槽,爆破振动效应与破岩效果得到有效改善;③合理布置掏槽位置,可以有效减少掏槽孔爆破对隧道偏压浅埋处的振动影响;④全面监控浅埋偏压隧道掘进爆破振动及其效应,优化爆破参数,既能有效控制爆破振害,又能保证较大循环进尺。     

隧道爆破振动下既有建筑结构动力响应及#br# 损伤研究综述

针对隧道爆破振动引起建筑结构的损伤问题,首先阐述隧道爆破振动峰值振速和频率的衰减规律;然后总结隧道爆破下采用反应谱法、时程分析法、损伤指数量化法和现场试验测试法得出的结构振动反应特征,阐述隧道爆破下建筑结构的损伤机理和易损构件,并探究了基于高阶局部模态的爆破振动下结构振动的损伤机理;阐述振动安全标准及改进方法;最后指出今后的研究重点：①建立同时考虑结构承重构件和非承重构件的三维全结构模型,探究爆破振动下非承重构件的振动反应及损伤情况;②基于结构动力学和高阶模态理论,通过分析爆破振动主频与结构高阶模态频率之间的关系,探索建筑结构在隧道爆破下的高阶模态振动效应及损伤特征;③需要综合考虑结构峰值振速—峰值应力的耦合响应特征来探究建筑结构在隧道爆破振动下的损伤机理,辨识易损构件,改进和完善爆破振动安全标准;④结合大数据、信息化和结构健康监测技术,实现动态化、定量化和精细化评价爆破振动下建筑物安全和结构损伤。