运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯（HDPE）管道现场爆破试验,分析不同工况条件下（不同药量、不同爆破心距）无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态（即不同充水水位高度）HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准.研究结果表明：当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.     

爆破振动作用下邻近埋地混凝土管道动力响应特性

为保证埋地混凝土管道在爆破施工过程的安全性,采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对超浅埋地铁站通道爆破开挖邻近埋地混凝土管道的动力响应进行研究.通过建立管道拉应力峰值和振动速度峰值的函数关系,由最大拉应力强度理论得到管道的爆破控制振速.由管道不同断面最大振速与对应位置管道正上方地表振速之间关系,提出保证管道安全的地表爆破控制振速.结果表明:空管状态下,掌子面后方,管道断面底部和中部振速较为接近,顶部振速最小;掌子面前方,管道断面质点振速呈现出底部最大、中部次之、顶部最小的振动特征;沿着管道轴线方向,质点振速最大的位置出现在掌子面前方3 m管道断面底部位置.管道在空管和满水两种状态下质点振动特征基本一致,管道中水的存在能降低管道质点振速,最大降低幅度为7.3%.管道的爆破控制振速为10.84 cm/s,保证管道安全的地表爆破控制振速为4.53 cm/s.确定的爆破控制振速可以指导现场爆破施工.     

粉质黏土层直埋铸铁管道爆破地震效应

针对武汉市区内常见直埋球墨铸铁管道,设计实施邻近预埋管道的全尺寸爆破实验. 结合有限元数值计算方法,考虑管道不同埋深,研究爆破地震作用下粉质黏土地层内直埋管道动力响应. 研究结果表明,管道和地表峰值振速（PPVs）随爆源与管道距离的减小而增大,在管道正下方爆破为最危险工况. 管道中心截面为危险截面,危险截面PPVs以管腰和管底较大,动态应变以轴向拉伸应变为主,环向应变次之,峰值有效应力以底部单元最大,管道肩部最小. 管道不同埋置深度和PPVs具有比例关系,通过实测地表振速与管道有效应力关系可以预测管道截面爆破峰值有效应力,计算关系式可以为岩土爆破施工中邻近管道的安全性评价提供计算方法.     

井下生产爆破对地表建筑物的影响分析

总结分析了采用振动主频、振动应力、振动速度等不同标准评价爆破振动强度的方法,针对屋场下采矿爆破的实际工程,分析计算了不同爆破作用圈半径大小,给出了振速与距离的关系.     

井下生产爆破对地表建筑物的影响分析

总结分析了采用振动主频、振动应力、振动速度等不同标准评价爆破振动强度的方法，针对屋场下采矿爆破的实际工程，分析计算了不同爆破作用圈半径大小，给出了振速与距离的关系。     

鲁坨路路堑边坡爆破应力波传播规律

为了解决边坡岩体内爆破应力波与介质相互作用以及爆破荷载作用下边坡动力稳定性问题,依托鲁坨路路堑边坡爆破工程,在现场爆破振动测试的基础上采用数值模拟的方法对边坡坡面以及岩体内部质点的振动速度、应力场等分布规律进行深入研究.结果表明:1)对于坡面质点,水平爆心距与高程的增加均会使爆破峰值振速总体呈衰减趋势,但台阶边缘"鞭梢效应"明显,且距离爆源越近,峰值振速放大系数越大. 2)边坡台阶坡角处应力集中显著,但峰值应力与峰值振速并非在同一位置出现.因此,不能将台阶外缘峰值振速作为评价边坡稳定性的单一指标. 3)对于岩体内部质点,爆破振动响应也随爆心距的增大逐渐衰减,但坡面和岩层分界面对应力波的反射叠加会造成岩体质点的峰值振速和应力均有所放大.     

隧道爆破施工对邻近砌体结构影响的动力分析

为研究砌体结构物在爆破振动作用下的受力变形规律,采用动力有限元软件Midas/GTS,以安平高速公路马家梁隧道爆破施工为依托,建立三种砌体结构模型,求解出砌体结构物在爆破荷载下的峰值振动速度和应力.结果表明:三种砌体结构其最大振速为11.11mm·s-1,小于工程要求的2.8cm·s-1,其最大应力为415.082kPa,超过砌体结构的失效应力;在整个考察范围内,砌体结构的质点振动速度达到最大时,其受力没有达到最大,说明砌体结构在爆破荷载作用下的振动速度不代表其受力状态.     

隧道爆破施工对既有管道影响的有限元分析

根据爆破施工方案,采用有限元分析软件MIDAS/GTS建立新建隧道和上方输气管道的三维数值模型,分析隧道爆破过程的动态时程,得到爆破过程中上方既有输气管道的振动速度、位移、应力等分布情况.数值结果表明:爆破施工过程引起输气管道最大振速为1.7cm/s,管道应力远小于材料屈服强度.按照该爆破方案施工,爆破施工对输气管道的安全影响处于可接受范围.     

轻轨隧道下穿建筑物爆破震动试验研究

以重庆轨道交通环线体育公园站浅埋轻轨隧道工程为研究背景,进行了施工通道钻爆循环掘进下穿"两江春城"的爆破震动效应试验。在钻爆初期,通过监测参数计算出爆破振动衰减参数,并通过测量轻轨隧道下穿建筑物时,爆破引起的建筑物不同楼层处的振动速度波形,探讨建筑物的震动特性及爆破地震波传播和衰减规律。研究发现,其爆破振动衰减参数为=1.88,k=99.43;浅埋轻轨隧道钻爆掘进过程中,其垂直方向的爆破振速明显大于水平方向的,因此在研究爆破振动传播和衰减规律及其对建筑物振动的影响时,主要以垂直方向的爆破振速为依据;建筑物的爆破振速在底层随着楼层的增加而增大,中层随着楼层的增加而减小,顶层又随着楼层的增加而增大,而不是随楼层的增加而减小,即不满足传统萨道夫斯基衰减规律。同时测得轻轨隧道下穿建筑物后的爆破振速相比下穿前的,存在放大效应,其放大倍数约为1.32~1.69。     

露天矿高陡边坡采场爆破振动监测与分析

采用TC-4850型爆破监测仪对内蒙某露天矿进行多次爆破振动监测,并通过一元及二元回归得出基于该矿的径向、切向和垂向振动速度预测公式.分析表明,二元回归的采场爆破振速传播公式较一元回归的精度高,这说明爆破振速不是完全由爆心距决定的,其也受到了高程参数一定程度的影响.高程对爆破振动速度的影响垂向最大,切向次之,径向最小.采场爆破振速随着传播距离的增大而衰减,但高程对爆破振速具有一定的放大效应.通常前者占主导地位,因而一般不表现出高程的放大效应;只有在后者占主导地位时,才表现出高程的放大效应,即高程放大效应是振速传播一定范围内局部效应.     

内壁腐蚀混凝土管道爆破动力失效机制

为了确保爆破振动荷载影响下临近服役多年埋地混凝土管道的安全,开展内部腐蚀混凝土管道爆破动力失效机制的研究. 基于Thistlethwayte混凝土腐蚀理论,建立运营期混凝土管道内壁腐蚀缺陷预测理论模型. 结合全尺寸承插式混凝土管道爆破模型试验及振动分析,验证承插式混凝土管道爆破动力响应的数值建模方法及参数选择. 通过腐蚀缺陷预测,开展不同腐蚀缺陷形态下的承插式混凝土管道爆破动力响应数值试验,分析爆破振动荷载作用下的腐蚀管道动力性能演化规律. 结合极限强度准则,确立腐蚀管道主控动力失效准则,提出爆破振动影响下运营期内壁腐蚀承插式混凝土管道的安全控制标准.     

大口径瓦斯抽排钻孔套管稳定性分析

为了研究大口径抽排钻孔套管的稳定性,在总结套管抗挤强度计算方法的基础上,分析了地层流体压力、固管质量、表土层沉降、爆破震动及巷道开挖引起的围岩次生应力等因素对大口径瓦斯抽排钻孔套管的稳定性的影响。结果表明：表土层沉降产生的负摩阻力增加了套管轴向应力,进而减小了套管的抗挤强度;爆破震动产生的应力波的衰减特性与套管距炮心的距离有关,当套管处的径向应力峰值大于套管的动抗挤强度时,套管发生失稳;巷道开挖产生的围岩次生径向应力值一般小于原岩径向应力值,对套管稳定性的影响较小。     

地表爆炸作用下钢筋混凝土管道裂缝扩展机制

为了研究地表爆炸作用下埋地管道的安全性,针对城区内常见的浅埋承插式钢筋混凝土管道,设计并实施全尺寸埋地管道地面爆炸现场试验. 结合全耦合数值模拟手段及分离式钢筋混凝土建模方法,基于混凝土smeared crack模型,分析地表爆炸作用下承插式钢筋混凝土管道结构体系的动力响应特征及管道裂缝扩展机制. 研究结果表明,地表爆炸作用下,管道内壁开裂以斜向裂缝和环向裂缝为主. 斜向裂缝均出现在管道的承插接口处. 当爆源位于管道承插接口上方和管身中部正上方时,距爆源最近的管道承插接口处均产生明显的斜向裂缝. 承插接口是承插式钢筋混凝土管道体系抗爆的薄弱部位.     

半空间饱和土中输水管道对瑞利波的散射

根据Biot波动理论和弹性波传播理论,采用复变函数理论,研究了饱和半空间中输水管道对入射瑞利波作用的散射问题,得出了饱和土中输水管道在不同条件下管道周边的动应力集中系数分布和变化情况。研究结果表明:管道埋深对其散射效应影响明显,随着管道埋深的增加,输水管道周边动应力集中系数显著减小,其影响深度大约为1.5倍瑞利波波长;随着入射瑞利波频率增加,输水管道周边动应力集中系数最大值逐渐减小,同时,输水管道周边动应力集中系数与无水管道周边动应力集中系数存在一定差异,并且这种差异随着入射瑞利波频率增加而变得明显;输水管道的刚度和厚度对入射瑞利波的散射有一定影响,增加管道的厚度、减小管道的刚度有利于减少管道周边的动应力集中系数。     

宏基因组测序法研究管材对生物膜致病菌的影响

为研究供水管道材料对管道生物膜致病菌种的影响,以已稳定运行8年的中国东部某城市实际供水管道中试平台管道为实验对象,从平行设置的球墨铸铁管(DCIP)、高密度聚乙烯管(HDPE)、镀锌钢管(GSP)、不锈钢复合管(SSCP)和钢管(SP)管道中收集13组生物膜样品,开展宏基因组测序分析,对比研究不同管道材料的致病菌种类分布情况。结果表明:DCIP生物膜中致病菌相对含量最为丰富,GSP致病菌相对含量最少;此外,世界卫生组织颁布的12种全球优先致病菌(priority pathogens)在本次供水管道中发现9种,在不同管道的相对丰度为0.079%～1.084%,表明供水管道生物膜对人类和环境的严重危害潜力;依据致病菌在5种管材中相对丰度的分布情况,发现与5种管材相关联的优势致病菌。研究结果为基于致病风险控制的供水管道管材选择提供了理论依据。     

管桥耦合下管线悬索桥的动力特性和地震反应

为了研究管线悬索桥大直径管线和桥梁的耦合作用对结构动力特性和地震反应的影响,以澜沧江管线悬索桥为研究对象,利用有限元软件建立实桥模型,分析了管线悬索桥在管桥耦合作用下的动力特性,并研究了管桥耦合对桥梁地震反应的影响.结果表明,与未耦合时相比,管桥耦合作用下桥梁结构的自振周期较长,自振模态被激励的先后顺序发生变化;在地震波激励下,管桥耦合作用对管线悬索桥不同构件的受力和变形具有不同的影响,其中索塔顺桥向剪力和主梁横向位移均减小,主梁上弦杆轴力和竖向挠度均增大.在计算过程中考虑管桥耦合作用的影响能够比较真实地反映结构实际的动力特性.     

爆破震动场动力有限元模拟中爆破荷载的等效施加方法

比较了,应用LS—DYNA软件进行爆破震动场数值模拟时的几种不同计算方法的优缺点．结合各方法的特点及爆破震动场模拟的要求,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载依据圣维南原理等效后,施加在同排炮孔联心线或者面上,以模拟爆炸作用．数值模拟结果表明,不同的爆破荷载施加方法对应的数值模拟结果在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好．因此,使用施加等效爆破荷载的方法对中远区的爆破震动场进行数值模拟是可行的,且该法极大地降低了计算耗费．     

爆破震动场动力有限元模拟中爆破荷载的等效施加方法

比较了应用LS-DYNA软件进行爆破震动场数值模拟时的几种不同计算方法的优缺点.结合各方法的特点及爆破震动场模拟的要求,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载依据圣维南原理等效后,施加在同排炮孔联心线或者面上,以模拟爆炸作用.数值模拟结果表明,不同的爆破荷载施加方法对应的数值模拟结果在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好.因此,使用施加等效爆破荷载的方法对中远区的爆破震动场进行数值模拟是可行的,且该法极大地降低了计算耗费.