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。     

低频振动对低渗油藏径向渗流影响的变参量Biot固结分析

基于波动采油对低渗储层物性改善的动态过程,利用变参量的岩土固结模型分析弹性波对饱和渗流流体径向模型流固位移、孔隙压力等的影响规律。通过Laplace变换与迭代消去,得到拉氏变换下低渗开发油藏波动控制方程为变系数高阶微分方程;利用变系数向量拆分与矩阵求法,推导了波动采油作用下饱和单相流体径向(定流量或定压)开发储层的流固位移近似解。通过Matlab编程,算例分析了饱和水相介质和不同振动频率下饱和油相介质的渗流、物性变化。结果表明,低频波动采油技术可增加低渗开发储层孔压和渗流速度,文中基础参数下,存在最佳振动频率5~30 Hz使得增幅最大,作用范围可达60 m,径向模型Laplace变换–Durbin离散近似求解适用于波传播时间较小的情况。     

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。     

大直径管桩在瞬态集中荷载作用下的 振动响应时域解析解

大直径管桩在低应变检测中应力波的传播是一个三维波动问题。将桩周土、桩芯土和桩底土对桩的作用简化为文克尔弹簧,将激振力用半正弦脉冲模拟,建立了大直径管桩在瞬态集中荷载作用下的振动响应计算模型,采用分离变量法和常数变易法求得了波动方程的时域解表达式。将该时域解与采用数值傅立叶逆变换计算得到的时域响应进行了对比验证,进一步将时域解析解计算结果与试验值进行了对比,验证了其合理性。采用得到的时域解计算分析了桩顶速度时域响应特性,结果表明：入射波到达时间和结束时间与波的传播距离成正比,从0°点到180°点基本呈线性变化;激振点的入射波结束时间等于输入脉冲宽度,其余测点的入射波结束时间与入射波到达时间的差值与输入脉冲宽度相等;入射波峰值对应的时间在激振点最小,从0°点到135°点逐渐增大,在135°点到180°点之间基本保持不变。     

Attenuation of rock blasting induced ground vibration in rock-soil interface

Blasting has been widely used in mining and construction industries for rock breaking.This paper presents the results of a series of field tests conducted to investigate the ground wave propagation through mixed geological media.The tests were conducted at a site in the northwestern part of Singapore composed of residual soil and granitic rock.The field test aims to provide measurement data to better understand the stress wave propagation in soil/rock and along their interface.Triaxial accelerometers were used for the free field vibration monitoring.The measured results are presented and discussed,and empirical formulae for predicting peak particle velocity(PPV)attenuation along the ground surface and in soil/rock were derived from the measured data.Also,the ground vibration attenuation across the soil-rock interface was carefully examined,and it was found that the PPV of ground vibration was decreased by 37.2% when it travels from rock to soil in the vertical direction.     

多层水平或倾斜介质中的震源定位

为了充分利用矿区岩土体的三维速度结构,以正反演联用法为雏形,提出专门针对水平或倾斜分层介质的定位方法。推导水平分层介质中的波前曲面方程,并基于该方程,从任意观测系统角度,将发震时刻作为未知量引入非线性方程组求解,建立未知数个数等于非线性方程个数的适定非线性方程组,从而建立了波前正演法。不同于正反演联用法通过规则观测系统和曲线拟合确定发震时刻,波前正演法将发震时刻作为未知量,确定震源时空参数需要四个台站的非线性方程。为了简化波前正演法的非线性系统,采用变量代换法,减少了定位参数,从而减小了确定迭代初值的难度。通过将台站所在的原大地坐标系旋转至与介质分界面平行正交,使得新坐标系中的波前面推进方向与坐标轴z平行,从而将波前正演法推广应用于倾斜层状介质,有效解决了倾斜层状介质中的震源定位问题。对波前正演法的16个未知参数相对于3个速度结构参数的条件数进行计算,多种定位条件下的条件数计算结果表明,波前正演法的条件数均远小于10,波前正演法是良态的。     

Ring–truss theory on offshore pipelines buckle propagation

Buckle propagation is an essential concern in offshore pipeline design. Once the propagation occurs, it may cause unavoidable failure of an entire pipeline. With the consideration of both longitudinal and hoop deformation behavior of pipeline, a ring-truss theory was analytically established in this study. Laboratory experiments were conducted in full-scale hyperbaric chamber in order to verify the analytical equation. It was observed that the length of transition zone has great influence on determination of propagation pressure. Due to the difficulties of measurement during test process, the length of transition zone was obtained using the finite element simulation. The comparison of propagation pressure between the current study and published model shows that for small diameter to thickness ratio, the ring-truss model is the one that is closest to the actual situation.     

弹性介质中平面SH波通过弹性夹层时的传播特性

运用波的传播理论及Snell定律研究了平面SH波通过弹性层状介质时的传播特性，求得波动方程的解析解，在此基础上，利用数值计算绘出了反射，透射系数与介质参数及入射角的关系曲线。结果表明，透射系数不仅与介质参数有关，介质与夹层厚度和入射角有关，严格控制夹层厚度和入射角可获得满意的隔振效果，为屏障隔振理论在工程中的应用提供了理论基础。     

隧道爆破下底部脱空埋地输气管道的动力响应

以下穿兰成渝输气管道的仙女岩隧道爆破为背景,建立包括管道脱空区在内的隧道爆破三维动力有限元模型,研究爆破地震波引起的不同脱空长度下埋地输气管道的动力响应规律.结果表明:埋地管道下部脱空时,爆破振动作用下管道底部的振速峰值和位移峰值均大于管道顶部,且二者沿管道轴线以脱空中心为对称点呈逐渐减小的趋势;随着脱空长度增大,管道...     

角联空间煤尘爆炸传播特性数值模拟

为研究角联管网内煤尘爆炸的传播特性,基于CFD理论模拟角联空间内煤尘火焰、冲击气流与压力传播特性。结果表明：煤尘入射后1 s 时爆炸反应趋于充分,该时刻角联分支与上行空间中高温火焰相遇,形成局部高度湍流,整个空间火焰最高温度升至3 100 K。爆炸反应充分时,角联管道上行空间火焰温度先减小后增大。爆炸反应充分时,呼吸带z=1.5 m 截面上冲击气流分别在管道起始端附近L 型拐弯处、上行管道与角联分支汇合处、管道末端T 型分岔口处出现三次加速,其中上行管道内L 型分岔口处冲击气流传播速度局部极大值高达77 m/s。爆炸反应充分时,沿爆炸传播方向压力总体减小,但上行管道与角联分支汇合处压力明显增大。角联分支与上行管道汇合处的压力值比下行管道汇合处压力值大0.034 MPa,证明压力波是由下行管道流经角联分支后传向上行管道的。     

地下管线地震响应及土体弹性抗力系数研究

基于土体对地下管线弹性约束的现有设计方法不考虑管土间的塑性滑移,夸大了周围土地对管线的约束程度。研究采用弹性地基梁模型并考虑管土界面上土体剪切破坏或界面摩擦所产生的塑性滑移,发展了地下管线弹塑性地震反应计算方法,推导给出了管体应变的基本计算公式,公式采用滑移系数反映管土间相对滑移所引起的管应变的降低。此外,考虑管线受到行波激励的简谐波作用,推导了土体弹性抗力系数的计算公式,而临界剪应力取为依据土体抗剪强度和摩擦力计算的较小值。通过将简化计算结果与精细有限元分析的对比,验证了本文弹塑性地震反应法和土体弹性抗力系数取值的合理性。     

2.5维有限元分析饱和地基列车运行引起的地面振动

从饱和土的Biot波动方程出发,通过对时间的Fourier变换得出频域内的波动方程,再结合边界条件利用Galerkin法推导出频域内的u–p格式的有限元方程。把轨道视为饱和地基上的Euler梁,通过沿轨道方向的波数变换将三维空间问题降为平面应变问题。将平面应变问题解答沿轨道方向进行波数扩展,最后通过快速Fourier逆变换求得三维时域–空间域内的地面振动响应。假设体波波阵面为半圆柱形式,推导出了适合饱和多孔介质2.5维有限元的黏弹性人工边界。验证了计算模型。结果表明：车速低时,弹性介质的竖向位移大于饱和介质;高速时,饱和介质竖向位移大于弹性介质。车速略微超过饱和土剪切波速时地面产生振动增大现象,随车速进一步增加位移幅值又逐渐减小,但随距离的增加衰减变慢,且得出了不同车速时孔隙水压力随深度的变化曲线。     

Surface wave propagation effects on buried segmented pipelines

This paper deals with surface wave propagation(WP) effects on buried segmented pipelines. Both simplified analytical model and finite element(FE) model are developed for estimating the axial joint pullout movement of jointed concrete cylinder pipelines(JCCPs) of which the joints have a brittle tensile failure mode under the surface WP effects. The models account for the effects of peak ground velocity(PGV), WP velocity, predominant period of seismic excitation, shear transfer between soil and pipelines,axial stiffness of pipelines, joint characteristics, and cracking strain of concrete mortar. FE simulation of the JCCP interaction with surface waves recorded during the 1985 Michoacan earthquake results in joint pullout movement, which is consistent with the field observations. The models are expanded to estimate the joint axial pullout movement of cast iron(CI) pipelines of which the joints have a ductile tensile failure mode. Simplified analytical equation and FE model are developed for estimating the joint pullout movement of CI pipelines. The joint pullout movement of the CI pipelines is mainly affected by the variability of the joint tensile capacity and accumulates at local weak joints in the pipeline.     

饱和土–结构动力相互作用分析中地震动输入方法研究

为解决地震荷载下土–结构相互作用研究中地震动的输入和半无限地基的模拟两个关键问题,阐述并比较了不同地震动输入方法,如波动法、人工边界子结构法和DRM方法。相对于其他地震动输入方法,DRM方法将地震动外源激励转化为内源激励问题,且在考虑材料非线性时,不需要对整体模型进行非线性分析,提高了模型的计算效率和准确性。基于区域缩减法DRM提出了针对饱和土多孔介质的地震动输入方法,用数值算例验证了该方法的有效性。     

顶管管节壁后触变泥浆探地雷达探测研究

采用探地雷达对顶管顶进中管节壁后触变泥浆进行探测,通过对雷达探测图像的数据处理及解译测得触变泥浆的相对介电常数,获得管节壁后触变泥浆套的分布状况。结果表明:管节壁后泥浆套厚度并非均匀一致,但沿顶进方向能够形成致密的泥浆套且其厚度为理论建筑空隙厚度的8~17倍,而实际施工中泥浆套厚度为建筑空隙的6~7倍时即能达到同样的减摩效果,本次雷达探测能够优化顶管施工质量;此外,通过与盾构隧道管片壁后注浆进行对比发现:电磁波在顶管触变泥浆中的传播速度明显小于其在盾构隧道浆液的传播速度,浆液的含水量及水化速度是影响电磁波在介质中传播速度的关键。     

改进线弹性位移不连续模型和结构面弹性模量动力法测试

 线弹性位移不连续模型难以准确描述应力波穿过厚度较大的宏观结构面的传播过程,对结构面透射侧的位移分量和应力分量进行多次泰勒展开,建立改进线弹性位移不连续模型,运用原模型和改进模型测试结构面弹性模量,研究阻抗比和结构面厚度对测试误差的影响,研究结果表明：当阻抗比较小时,应选择改进模型,基于反射波的波形差异测试结构面弹性模量;当阻抗比较大时,应选择原模型,基于透射波的波形差异测试结构面弹性模量;数值模拟得到测点振动波形,分析结构面厚度对测试偏差的影响,随结构面厚度增加,基于改进模型反射波波形差异的测试偏差减小,基于原模型透射波波形差异的测试偏差增加,现场试验与数值模拟的结果是一致的。     

供热直埋蒸汽管道压力试验

本文依托于某供热直埋蒸汽管道项目,研究工作管与外护管压力试验技术.通过分析试验介质选择与试验压力计算,进行新型端部固定封头设计与强度校核,并提出外护管气密性试验、工作管强度试验及工作管严密性试验操作步骤、要点及新方法,如注水流量计、排潮管口气球、远程压力数据读取及气压排水等.本文针对供热直埋蒸汽管道压力试验的理论分析及...     

土塞效应对管桩低应变测试视波速的影响研究

首先,基于附加质量模型建立了考虑环向波动效应的管桩纵向振动频域解析解,然后利用傅里叶逆变换得到半正弦脉冲激振力作用下时域响应半解析解,最后,基于建立的理论模型,研究了土塞效应对管桩视波速的影响,为管桩的低应变无损检测提供更加精确的管桩测试波速计算理论。本文解的理论反演曲线分别与现有理论解的反演曲线、模型试验和现场试验测试曲线进行了比较,验证了本文解的合理性和计算精度。分析表明:土塞效应对管桩视波速的衰减作用随着管桩壁厚和纵波波速的减小而增强;土塞的存在会导致桩端反射信号幅值到达时间随着桩顶接收角度的变化而变化;土塞效应会增大桩端反射信号的宽度。     

流固耦合作用下埋地管道的振动分析

采用Euler-Bernoulli地基梁模型,利用Hamilton原理推导了埋地管道土—管—内流耦合横向振动的偏微分方程;采用Galerkin法求出了管道的临界流速和固有频率,并计算了管道的固有频率和临界流速的动态响应;利用MATLAB语言进行编程,求得管道的临界流速,其结果与数学公式推导得到的结果大致相同,分析得到输送流体管道的固有频率随着流速的提高而降低。     

饱和散体振动液化的波动机理研究

在有关假设条件下，给出了几个基本控制方程式，并得出了饱和散体中的波动传播方程。分析推导了波在无耗散情况下的势矢量方程和3种体波的速度表达式以及具有耗散情形的势矢量的普遍方式和P波与S波的衰减系数。通过砂和铁粉的振动液化试验观察并记录振动液化时，饱和散体中孔隙水压力的变化情况，结果表明：随着振动的施加，孔隙水压力迅速升高，并表现出一定的波动性。利用波动理论和试验结果，详细分析了振动过程中饱和散体介质的3种体波的传播对孔隙水和颗粒的作用情况，揭示了孔隙水压力迅速高和饱和散体波化的波动机理。