爆破荷载作用下隧道围岩损伤范围

爆破荷载作用下岩体不可避免的会产生损伤,为了得到爆破荷载作用下岩体的损伤范围,根据应力波动作用和爆生气体的准静态作用,结合岩石破坏准则,对岩体在爆破荷载作用下的损伤范围进行了研究,得到了两者共同作用下岩体损伤范围的理论计算公式。结合福平铁路新鼓山隧道爆破掘进施工,对隧道周围岩体的爆破损伤范围进行了计算。结果表明,理论公式的计算值与现场实测值较为接近,验证了理论计算公式的合理性。对实际工程具有一定的指导意义。     

循环爆破荷载作用下小净距隧道围岩累积损伤特性研究

明确多循环爆破推进情况下小净距隧道围岩损伤演化特征有助于施工安全和围岩稳定.依托福州地铁2号线某区段小净距隧道工程,基于LS-DYNA完全重启动技术,结合现场中夹岩声波测试结果,研究循环爆破荷载作用下该区段小净距隧道5个开挖进尺内围岩的累积损伤演化过程.结果表明:围岩损伤范围和损伤程度随爆破加载次数增加而增加,每一循环爆破荷载下各段别均对围岩有不同程度损伤,MS7和MS9段爆破荷载对围岩损伤最大;实测和模拟结果表明在多次爆破后中夹岩体损伤沿测孔深度方向呈圆角的斜"L"形状,近爆破处岩体损伤较大于远爆破侧;在同一监测断面内围岩的累积损伤尤以段间爆破加载损伤程度最大,随着隧道开挖推进岩体的损伤范围逐渐趋于稳定,监测断面9m范围外的爆破扰动基本不再对监测部位围岩造成损伤.研究成果可为现场围岩的加固提供参考,也可为类似工程的提供理论依据.     

白鹤滩水电站地下厂房爆破累积损伤效应研究

结合白鹤滩水电站地下主厂房围岩超声波测试结果,研究了地下工程隧洞围岩在循环爆破荷载作用下的累积损伤效应。结果表明:隧洞围岩在爆破开挖作用下的松弛范围为0.8~1.6 m,并且随着爆破次数的增加而范围有逐渐扩大的趋势;随着爆破次数的不断增加,岩体声波速度逐渐降低,损伤度D呈现出非线性累积规律;随着与爆源距离的增大,岩体爆破损伤程度受爆破循环荷载作用的影响减小,累积损伤效应相对不明显;对比发现侧壁和拱顶测孔的测试结果存在较大差异,说明爆破作用下岩体损伤具有各向异性的特征。在Hoek-Brown强度准则的基础上,提出了更适用于损伤岩体的考虑累积损伤效应的岩体力学参数计算公式,并运用现场测试数据验证了公式的工程适用性及合理性。     

溶洞规模对深埋隧道爆破围岩稳定性的影响

为了研究埋岩溶隧道爆破开挖时围岩损伤机制,通过动静组合(爆炸荷载、地应力共同作用)作用下岩体损伤演化方程建立应力场与损伤场之间的耦合关系,并根据渗透系数随损伤的变化方程建立动静组合作用下岩体渗流-应力-损伤耦合模型。利用COMSOL Multiphysics软件建立计算模型并进行二次开发,研究在不同溶洞空间位置及尺寸条件下爆破开挖对围岩稳定性的影响。研究表明:当溶洞位于隧道上侧时围岩中孔隙水压力最大;溶洞半径越大围岩中孔隙水压力越大。在孔隙水压力的作用下,隧道与溶洞间岩体中的有效应力先衰减后增强。随着有效应力的衰减,隧道围岩损伤范围与溶洞围岩损伤范围的变化规律相反。     

考虑裂隙岩体爆破损伤的装药结构研究

装药结构是改善裂隙岩体爆破效果的重要因素,结合某隧道爆破掘进工程,通过地质雷达现场岩体损伤探测及柱状装药爆破损伤理论估算,获取隧道掌子面前部裂隙岩体爆破损伤规律,并提出基于其爆破损伤规律的装药结构。雷达探测发现:隧道掌子面前部裂隙岩体受爆破开挖损伤明显,Ⅳ级岩体的裂隙区范围最大值约2.4 m,Ⅲ级岩体为1.8 m,均位于下一装药区域内,理论计算与雷达探测结果基本一致。利用获得的掌子面前方裂隙岩体的爆破损伤规律,提出了"减药非连续装药"装药结构,可减少裂隙区炮孔二分之一装药量。实践证明:该装药结构能提高爆破有效能,降低工程成本与围岩损伤。     

爆破荷载作用下隧道围岩裂隙范围计算方法研究

爆破荷载下隧道围岩产生的裂隙为岩溶发育和地下水运动创造了良好的条件.为了研究爆破荷载作用下隧道围岩的损伤裂隙范围,在考虑中主应力和环向拉应力的影响下,分别基于统一强度准则和摩尔库伦强度准则得到了两种粉碎区的计算方法,并且计算了破裂Ⅰ区和破裂Ⅱ区的范围.最后开展了现场试验和探测,按本文计算方法计算了现场隧道粉碎区和裂隙区...     

循环爆破荷载作用下小净距隧道中夹岩的累积损伤特征分析

为了研究循环爆破荷载对小净距隧道中夹岩的影响,以六月田分岔隧道为工程背景,采用LS-DYNA有限元软件建立分岔隧道的三维模型。基于HJC本构模型,通过引入损伤变量,模拟循环荷载作用下小净距隧道保留岩体的累积损伤演化过程,探讨中夹岩累积损伤程度、损伤范围与爆破次数之间的关系;在此基础上,根据损伤区质点振速衰减规律,通过数据拟合,建立单次爆破装药量、最大损伤范围与临界损伤峰值质点振速之间的函数关系;最后利用现场的声波测试结果与数值模拟结果进行对比,验证数值模拟结果的合理性和准确性。研究结果表明,数值模拟结果与现场测试结果较为吻合,最大损伤范围出现在中夹岩的拱肩;相比单次爆破,循环多次爆破开挖造成的累积损伤范围明显增加,临界损伤峰值质点振速显著降低。     

硬岩地下洞室工程爆破振动与围岩损伤范围相关性研究

为了简便而准确地获取爆破荷载下硬岩地下洞室围岩损伤范围,以某待建重要地下洞室工程为研究背景,采用理论分析和数值模拟的方法,根据爆破设计方案,建立不同药量条件下多段延时爆破累积损伤计算模型,利用等效爆破荷载的方法和LS-DYNA完全重启动技术,得到多段延时爆破荷载作用下的爆破振动数据和围岩累积损伤范围。分析地下洞室围岩累积损伤效应,研究爆破振动与围岩累积损伤范围之间的相关性。研究结果表明：诱导地下洞室周边围岩损伤的荷载主要来自于二圈孔和周边孔爆破,其中洞室拱顶围岩损伤范围(2.21 m)明显大于拱腰围岩损伤范围(2.05 m);爆破全时程振动曲线的峰值处于掏槽孔延期时间范围内,与造成洞室周边围岩损伤的爆破段位不一致,应以对围岩损伤影响较大爆破段位的质点峰值振动速度研究与围岩损伤范围的相关性;建立了围岩累积损伤范围与爆破药量、爆心距和质点峰值振动速度之间的量化关系,得到了可通过任意爆心距处质点峰值振动速度推断围岩累积损伤范围的函数关系式,为控制围岩爆破损伤提供依据。     

基于分形理论的围岩动静力组合损伤研究

深埋隧洞爆破开挖过程中,爆炸荷载和地应力的共同作用是造成围岩损伤的主要原因,威胁到岩体工程的安全。首先在原有裂纹分形模型基础上,引入最大拉应力理论和应变能密度理论作为联合判据,同时考虑岩体拉伸和压缩损伤对围岩参数的劣化影响,建立适合于高地应力条件下的爆破开挖拉-压剪损伤本构模型。然后将模型成功嵌入到动力有限元数值分析中,对锦屏水电站引水隧洞爆破开挖损伤效应进行动力计算,并与实测数据进行对比。在此基础上研究了相同地应力环境下,不同爆炸装药条件对围岩损伤的影响规律。结果表明:岩体损伤区中,内损伤区损伤程度大,主要受爆炸荷载拉-压剪联合损伤作用;外损伤区,损伤程度相对较轻,主要受地应力影响。当爆炸荷载达到一定量级后,随着爆炸荷载的增大,围岩的损伤区先快速增大,然后增速减缓,但内外损伤区的差值,则是先减小后增大。     

岩体爆破成缝机理的应用

本文首先简要地说明了岩体爆破成缝机理,然后按照这一理论经过推导,得到了岩体成缝爆破时的重要爆破参数——线装药密度的理论计算公式,并且结合石灰岩试块上的成缝爆破试验,经计算分析验证了文中推得的公式。最后以2~#岩石炸药为例,计算了几种岩石成缝爆破时的线装药密度范围以及这些计算值与现有资料中实际应用值的对比分析。     

应力波和爆生气体共同作用下裂隙区范围研究

为了得到更加符合实际的裂隙区范围计算公式,从理论上分析研究了在空气不耦合装药条件下裂隙区范围的计算方法。选取2号岩石乳化炸药和4种典型的岩石参数值,对基于初始损伤和粉碎区存在的岩石裂隙区半径进行了计算,并在此基础上运用阿贝尔原理和岩石止裂条件考虑了爆生气体准静态作用下裂隙的二次扩展。研究结果表明:粉碎区范围的大小会对裂隙半径极大值产生较大影响,并且当岩石初始损伤达到0.7~0.8时,裂隙区半径受到的影响程度达到最大;得到了应力波动作用和爆生气体准静态作用下裂隙区半径计算公式。     

地铁盾构孤石预爆破破碎范围计算方法

在沿海地铁盾构掘进孤石爆破预处理施工中,为能更好的描述符合现场实际情况的破碎效果,对影响孤石爆破破碎的炮孔内不耦合介质进行了初步探讨。利用MISES强度准则,根据爆炸动力学理论,结合施工过程中炮孔柱形装药地下水以及上部空气垫层的影响,给出了爆破破碎范围的理论计算公式。依据厦门地铁盾构隧道施工现场的爆破参数进行了计算,计算结果与相关文献资料、现场实验结果进行比较分析,验证了现场爆破参数设计的合理性,证明了理论公式的可行性。可为地铁盾构施工孤石预爆破及类似岩石爆破问题的参数设计提供理论参考。     

地铁盾构孤石预爆破破碎范围计算方法

在沿海地铁盾构掘进孤石爆破预处理施工中,为能更好的描述符合现场实际情况的破碎效果,对影响孤石爆破破碎的炮孔内不耦合介质进行了初步探讨。利用MISES强度准则,根据爆炸动力学理论,结合施工过程中炮孔柱形装药地下水以及上部空气垫层的影响,给出了爆破破碎范围的理论计算公式。依据厦门地铁盾构隧道施工现场的爆破参数进行了计算,计算结果与相关文献资料、现场实验结果进行比较分析,验证了现场爆破参数设计的合理性,证明了理论公式的可行性。可为地铁盾构施工孤石预爆破及类似岩石爆破问题的参数设计提供理论参考。     

对强岩爆隧道进行分区爆破卸压的设计方法

为了研究强岩爆隧道爆破卸压方案及参数设计方法,基于深部岩体分区破裂化现象及高围压爆破破碎机理,提出分区爆破逐级释压的应力主动控制技术,通过理论计算得出高地应力条件下破裂区半径的计算公式,根据分区破裂半径的统计规律确定应力释放部位,并形成分区爆破卸压参数的系统化设计方法。数值模拟结果表明:隧道开挖轮廓线的岩爆判别系数均有不同程度的减小,岩爆发生的可能性大大降低,应力集中部位向爆破卸压破碎区转移。基于分区破裂化原理对爆破卸压参数设计的系统研究,对高地应力隧道采用爆破卸压防治岩爆的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

高铁长城站小净距隧道爆破振动效应研究

小净距隧道开挖工程中,隧道爆破对中隔墙的稳定性影响极大,横通道的施工则会进一步加剧中隔墙的振动破坏。为研究爆破作用下中隔墙的振动响应特征,以新建京张高铁长城站小净距隧道工程为背景,分析非电雷管爆破地震波在中隔墙中的振动特征和衰减规律,同时开展电子雷管降振试验,对隧道爆破炮眼的合理延时进行研究。研究结果表明:受纵、横隧道分割的影响,中隔墙末端振动存在明显的放大效应;掌子面后方中隔墙受爆破振动的影响大于掌子面前方岩体,应用萨道夫斯基公式对爆破数据进行回归分析时,K前相似文献   

隧道围岩爆破冲击损伤防护的轻气炮试验及数值模拟

为减小爆破对隧道围岩的损伤破坏,在传统光面爆破装药结构基础上,设计一种在炮孔一侧安放PVC-U材料来保护隧道围岩的装药结构,并分析了该装药结构爆破过程中对隧道围岩损伤防护的机理。为进一步验证PVC-U管的防护效果,利用57mm口径的一级轻气炮装置和LS-DYNA软件进行了岩石冲击损伤破坏分析。结果表明：保护层能够降低岩石试件冲击面上的应力波峰值和减小试件的损伤程度;在相同冲击速度下,岩石试件冲击面上的应力波峰值随保护层厚度的增加而不断下降。加有4mm保护层材料的岩石试件的损伤度较无保护层时降低了21.1%。对岩石试件的冲击过程进行的数值模拟验证了理论分析和试验结果的正确性。说明放置在炮孔内的PVC-U管能够对岩石的爆破损伤破坏起到一定的防护作用。     

爆破载荷下隧道围岩破坏裂隙范围研究

为确定爆破载荷作用下岩体的裂隙范围，应用摩尔-库伦强度准则确定岩石在冲击波作用下的粉碎区；在考虑粉碎区范围、应力波衰减指数改变和岩石三向受力状态的情况下,用Mises强度准则计算裂隙区范围；在不考虑爆生气体在应力波形成的裂隙区损失的前提下，用岩石的断裂韧性来计算爆生气体充满粉碎区后岩石裂隙的二次扩展范围。通过理论计算与现场声波实测值对比，理论计算值比实测值小8.45%。分析表明，该裂隙范围计算方法合理，并可以对类似工况的裂隙范围进行估算。     

钻爆法原位扩建隧道的振动监测分析

为了研究城市环境下钻爆法施工对周边环境的振动影响,以福州市马尾隧道原位扩建工程为背景,在北洞钻爆扩挖过程中,对南洞衬砌结构上的振动效应进行跟踪监测。通过选取单段最大装药量、爆心距为变量,归纳整理峰值振速的规律,并采用萨道夫公式拟合空洞赋存条件下的振速衰减规律。结果表明,既有空洞对爆破振动的衰减有很大影响:以II级围岩段为例,单空洞情况下其衰减指数α为1.476,接近硬岩的上限;而双空洞情况下其衰减指数α达到1.836,已落入软岩的推荐取值范围。拟合公式可应用于赋存空洞条件下的爆破振速估算;同时建议后续南洞扩挖及类似扩建工程中,可以充分发挥既有空洞的减振效应,适当加大进尺、缩短工期、提高施工效率。     

爆炸荷载作用下围岩累积损伤效应的数值分析

巷道爆破开挖推进过程中,循环爆破开挖的多次扰动作用使保留岩体产生累积损伤,导致岩体力学参数的弱化,从而造成工程岩体的宏观失效。利用ANSYS/LS-DYNA的重启动技术,通过损伤云图和损伤变量D的变化,对圆形巷道循环进尺过程中爆破作用下的岩体累积损伤效应进行研究。计算结果表明:随着掌子面推进爆破次数的增加,围岩的损伤程度加深,但影响深度变化较小;在装药量和爆心距不变的情况下,损伤量与爆破次数之间有很好的非线性关系,即爆破损伤的累积具有非线性特性。