工业电子雷管在拆除爆破中的应用

近年来,工业电子雷管的产量总体保持高速增长,主要应用于露天土岩和隧道掘进爆破领域,在拆除爆破领域的使用量不足5%。为分析工业电子雷管在拆除爆破应用过程中存在的问题,结合拆除爆破工程案例,发现逐发扫描录入雷管的效率较低,需提高工业电子雷管起爆系统单台起爆器的起爆能以及扫描录入雷管和连接卡扣的效率。结合大规模工业电子雷管起爆网路试验,发现工业电子雷管起爆网路的传爆可靠性较高,雷管的报错率为0.03%~0.07%,拒爆率为0.02%;通过扫描盒条码录入雷管,可显著提高连网的操作工效。在拆除爆破工程中,需要根据结构的倒塌运动过程合理设置构件的起爆时间,根据工程规模定制合适的盒包装雷管数量,从而提高工业电子雷管起爆网路的适用性。

基于根底控制的深孔台阶爆破超深优选方法

在露天台阶爆破中,根底是衡量爆破效果的一个重要指标,其中爆破参数钻孔超深对根底的形成有着最为直接的影响。为探究深孔台阶爆破中钻孔超深对爆后台阶面平整度的影响,基于岩石损伤力学等基本理论,通过对工程中岩体损伤变量与波速间关系的统计分析,定义岩体发生损伤的临界损伤变量阈值D_(d)为0.2,临界破碎状态岩体的损伤阈值D_(t)为0.8。在综合考虑拉压损伤效应的岩石动力学损伤模型的基础上,利用LS-DYNA动力有限元软件,模拟不同钻孔超深条件下的台阶爆破损伤范围;基于岩体临界破碎状态的损伤变量阈值,绘制爆后台阶面的起伏分布图像,并利用图像进行量化分析,通过比较确定最优的钻孔超深,保证上台阶岩体充分破坏的同时,不影响下台阶面的施工。最后,结合鄂州机场土石方深孔台阶爆破的实际情况,验证了钻孔超深对爆破根底的影响机制,总结得到一种确定深孔台阶爆破最佳超深取值的优选方法,通过优化超深取值改善爆后新台阶面的平整度。

山城地区框剪结构群楼安全高效爆破拆除

山城地区的房屋大多依山而建,具有地势高低不平、建筑布置错落和周边环境复杂等特点。重庆市某地区有10栋框剪结构违章建筑需要拆除,因施工安全、进度等要求,确定选用单切口定向爆破拆除方式。结合爆破拆除工程实践,根据10栋违建群楼的平面位置、空间分布特点和周边环境,提出了相应的总体爆破方案,优化施工组织,在15 d内分3次安全高效地完成了群楼爆破拆除任务。针对影响楼房倒塌及爆破效果的高陡岩质边坡、山谷和陡坎等环境因素,通过优化爆破切口、预留缓冲层,合理设计爆破孔网参数等技术手段,可靠保证了楼房的定向倒塌。通过合理设计起爆网路的分区和延时,并高效地组织组网连接操作,实现了大规模工业电子雷管同网延时可靠起爆。最终有效控制了楼房的倒塌堆积范围和爆破有害效应,各楼房倒塌解体充分,爆堆集中,周边各类保护对象均安然无恙。工程实践结果表明:工业电子雷管起爆网路可满足多单元、多层次的大规模起爆网路需求,为类似工程提供了重要借鉴。

钢纤维混凝土动态压缩与拉伸力学特性试验研究

为探究钢纤维含量对混凝土动态压缩和拉伸力学特性的影响机制,采用霍普金森压杆(SHPB)装置开展了不同冲击气压、不同钢纤维体积含量(0%C50素混凝土、2%、3%和4%)的混凝土试样动态压缩和动态巴西劈裂试验,并结合高速摄影揭示了试样裂纹的动态演化过程。试验结果表明:在同一冲击气压下,钢纤维混凝土试样的动态压缩强度和动态劈裂拉伸强度与钢纤维含量呈正相关,其吸能程度和破碎程度也呈正相关。钢纤维可有效抑制混凝土的破碎,阻碍钢纤维混凝土试样对冲击能量的吸收与耗散。其中,钢纤维混凝土试样吸能率的上限区间为30%~36%。钢纤维对混凝土的动态劈裂拉伸强度的提升显著高于其对动态抗压强度的提升,且对于较高混凝土强度、甚至有抗爆需求的钢纤维混凝土,结合试验数据、工程经济成本、技术可控性等方面考虑,2%~3%钢纤维含量可作为混凝土增韧的合理区间。钢纤维对混凝土试样动态劈裂和压缩破坏的作用机理不同,动态劈裂过程中,钢纤维可显著阻碍和约束混凝土裂缝的动态扩展;而动态压缩过程中,钢纤维和混凝土之间因发生剥离而导致增韧作用失效。

水-动力耦合作用下红砂岩变形破坏与能耗分析

红砂岩工程稳定性较差,力学性质受含水状态和动荷载扰动影响较大。以川西高原地区典型红砂岩为研究对象,基于分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验,设置不同含水率和加载应变率条件,模拟不同含水状态与动荷载扰动,结合高速摄像、数字图像相关(digital image correlation,简称DIC)等测量手段,研究了不同含水率与不同应变率下红砂岩变形破坏与能耗特性的变化规律。结果表明:(1)红砂岩动态弹性模量受应变率影响较小,随含水率的增加而整体增大,红砂岩动态抗压强度随含水率减小或应变率增加而增大;(2)发现红砂岩动态泊松比受含水率影响较小,随应变率增加而迅速增大,例如在含水率为6%时,红砂岩动态泊松比由1.92(应变率为25 s^(-1))增大到10.55(应变率为130 s^(-1));(3)随含水率的提高或应变率的增加,红砂岩碎块平均粒度逐渐减小,减小幅度呈非线性下降,在含水率为3%、应变率为60 s^(-1)时出现拐点,平均粒度降低速率显著减小;(4)相同应变率条件下,红砂岩试样的能量耗散率、能量反射率与含水率无明显相关性,能量透射率随含水率的增大而整体减小;(5)相同含水率条件下,能量透射率与能量耗散率随应变率增大而减小,能量反射率随应变率增加而增大。该研究成果可为富水红砂岩地层爆破开挖、地震动力灾害防治等工程提供理论依据。

我国拆除爆破研究进展与展望(1994-2024)

近年来,面向国家城市更新、城镇化建设等重大战略需求,我国的拆除爆破行业发展迅速。回顾近30年来拆除爆破的发展进程,通过文献调研,围绕拆除爆破理论的钻孔爆破载荷模型、承重构件破坏、结构失稳机制及有害效应产生和传播机制,建(构)筑物(高层楼房、高耸结构、大型桥梁、水工结构等)、起爆系统、有害效应控制、设计与仿真等拆除爆破关键技术,以及典型拆除爆破工程应用3个方面总结了我国拆除爆破的最新成果与进展,探讨了新时代背景下我国拆除爆破的发展方向和趋势。

钢筋混凝土水塔垂直原地爆破拆除试验研究

为解决受限空间下高耸钢筋混凝土水塔爆破拆除难题,研发了高耸构筑物垂直原地爆破拆除技术。采用高速摄影观测、振动监测手段和数值仿真方法,对水塔垂直原地坍塌冲击破坏机理、垮塌运动过程和触地振动效应进行了全面分析。研究发现:高耸水塔垂直原地爆破拆除的坍塌过程近似自由落体运动,回归分析得到水塔向下塌落的加速度约为9.4 m/s^(2),略小于重力加速度;采用“分离式”有限元模型,可以近似还原水塔的塌落运动过程,并精确捕捉每段筒体的冲击碰撞时刻;159号混凝土材料模型,可以很好地模拟水塔筒体塌落冲击破坏过程;水塔筒体冲击破坏过程复杂,总体呈现多次冲击累积损伤破坏过程;振动主振频带主要集中在5~60 Hz,振动信号的高频部分衰减迅速,能量主要集中在低频部分,并且振动信号的总能量随着距离的增加而显著减小。试验表明:通过筒体分段依次垂直原地塌落触地,并同步开展顶部水箱水压爆破,不仅可以控制高耸水塔的塌落堆积范围,而且可以减小触地振动效应并控制爆破粉尘危害。

露天爆破对邻近既有隧道影响的仿真分析

邻近既有隧道的爆破工程施工会对隧道的安全稳定性产生影响,结合走马湖水系综合治理工程(鄂州机场配套项目)中2#山土石方爆破工程,采用LS-DYNA有限元计算软件对邻近开挖区域的既有城际铁路隧道振动响应进行数值模拟分析,结果表明隧道断面与爆源之间的距离是影响峰值爆破振动速度的关键因素,同时隧道口在边界效应影响下对爆破扰动更为敏感,且在同一断面下隧道顶部和侧方振动速度要高于底部区域,在工程施工过程中需结合爆破参数优化和爆破振动监测等手段重点关注距离爆源最近断面拱顶、拱腰和隧道出口处的影响。

钢混立柱爆破个别飞散物运动特性与水袋防护效果

为了研究钢筋混凝土立柱爆破个别飞散物运动特性与水袋防护效果,探讨了个别飞散物的生成机制与防护手段,其次通过开展大尺寸钢筋混凝土立柱爆破模型试验,分析了高速摄像资料获取的个别飞散物运动特性;再基于AUTODYN数值模拟软件,运用SPH方法分别模拟了直径10 mm个别飞散物以10、15、20 m/s初始速度穿越厚度分别为5、10、15 cm防护水袋的减速效果。研究结果表明:钢筋混凝土构件爆破拆除时,爆破生成个别飞散物粒径以碎块(5 mm≤d≤100 mm)为主;爆破碎块飞离母体的初始速度主要范围为10~20 m/s;水袋厚度从5 cm增加至15 cm时,个别飞散物降速效果可从65%提高至95%左右。研究结果可为拆除爆破个别飞散物防护提供参考和借鉴。

楼房爆破拆除塌落冲击作用下邻近地铁隧道动力响应及安全评估研究

高大建(构)筑物爆破拆除产生的冲击振动可能会影响邻近地铁隧道的安全服役。论文依托距离地铁隧道仅6.5 m的24层框架结构楼房爆破拆除工程,首先开展了楼房对应区域地铁隧道的振动与动应变现场测试与分析,其次应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了适于描述楼房爆破拆除塌落体触地冲击的地铁隧道结构动力响应三维有限元计算模型,模拟了塌落冲击作用下隧道结构的振动响应特征与动应力变化情况,并与现场实测结果对比分析。研究结果表明:承重立柱钻孔爆破引起的地铁隧道内质点振动速度峰值(8.61 mm/s)大于楼房切口闭合触地冲击引起的质点振动速度峰值(4.95 mm/s),爆破振动主频为100 Hz左右,塌落冲击振动主频为2 Hz左右,塌落冲击荷载作用下的地铁隧道振动速度与Ⅲ级地震烈度引起的结构振动相当(3.82~8.19 mm/s);楼房切口闭合时的低频塌落冲击振动会使地铁隧道管片产生较为明显的附加动应力,管片环向产生4 MPa左右的动态压应力,轴向和切向产生0.4 MPa左右的动态拉应力;受动态拉压循环冲击作用,管片结构若存在内部损伤或施工缺陷,可能会出现既有裂缝扩大或层裂剥落现象;现行《爆破安全规程》(GB6722—2014)确定的f<10 Hz时的10~12 cm/s安全允许质点振动速度值偏于危险,应结合频率特性与动态应变特征进行调整。论文可为塌落冲击作用下地铁隧道的安全评价与安全防护提供参考。

精确延时爆破振动时频特征及实际延时识别研究

爆破振动信号承载了丰富的爆源与地质属性特征信息,为从能量分布与能量密度角度解析爆破振动信号时频特征,并准确识别毫秒延时爆破实际段间延时时间。设计开展工程现场精确延时台阶爆破振动监测试验,通过MATLAB软件编制小波变换与小波包分析程序,研究爆破振动信号能量在频域的分布规律,利用时能密度分析方法对毫秒延时爆破实际延时时间进行识别。研究结果表明,精确延时台阶爆破振动能量主要集中于5~150 Hz频带范围,并可划分为多个能量集中的子振频带。峰值振动速度与振动能量随传播距离逐渐衰减,但衰减速率存在差异。依据振动信号时间能量密度分布曲线可有效确定实际延时时间,识别延时时间与设计延时时间最大相对误差为4.2%,平均相对误差为2%。提出了一种考虑地震波传播距离差异因素的延时识别修正方法,弥补了各炮孔与监测点距离变化引起地震波传导时间增减而导致的延时识别误差。研究成果可为毫秒延时爆破参数优化设计及电子雷管起爆网路盲炮识别提供理论依据,为复杂环境爆破振动效应分析及控制积累经验。

高耸烟囱原地坍塌爆破拆除可变直径作业平台研究与试验

原地坍塌爆破拆除技术是突破高耸烟囱在可供倒塌场地严重不足条件下的一种新的爆破拆除技术。该技术的难点在于需在百米高空的多个位置设置高效作业平台,以便快速完成钻孔、装药、堵塞与联网等作业,从而形成多道环形爆破切口。针对上述需求,研制了一种可变直径的吊篮式施工作业平台。该新型作业平台的设计总体思路为:基于对作业过程的分析,明确平台的核心功能,综合考虑作业效率、平台可靠性、工艺适应性及成本等因素,确定了滑动搭板式可变截面整体式吊篮平台方案;针对平台对烟囱外形尺寸的适应性,建立了参数化模型,用于确定针对不同烟囱尺寸时吊篮固定段、滑动搭板段长度、夹角参数的最优值;针对伸缩结构的技术方案进行了比选,选定了钢丝绳牵引方案+四氟乙烯减阻方案。在上述技术方案的基础上,确定了平台的结构方案、安全保障方案、适应性设计方案、安装拆除及使用方案。为验证结构设计的合理性,利用有限元软件,对结构的多种工况进行了受力分析,确保了结构受力的安全性。同时,为了进一步验证平台结构的安全性和功能的可靠性,搭设了专用试验架,对首套试验样机开展了功能试验、荷载试验及可靠性试验等一系列试验,试验表明平台的各项功能均达到了设计预期,结构安全性、功能可靠性均满足要求。平台可以满足高耸烟囱原地坍塌爆破拆除的作业需求,同时也可作为其他各种等(变)截面高耸结构拆除的施工平台。

冲击动载下含孔洞岩石的力学特性及破裂机制

硬岩矿山巷道在机械冲击凿岩和炸药爆破的动力扰动作用下极易发生冒顶片帮和岩爆等动力灾害,研究巷道变形破坏机理的动载效应意义重大。为了弄清动力扰动下巷道围岩的力学行为,将硬岩巷道简化为岩石力学孔口问题,采用50 mm杆径的改进型霍普金森压杆实验系统对系列含孔洞板状砂岩进行了冲击加载实验,探索孔洞尺寸和形状对岩石动态力学参数、破坏模式及能量耗散特征的影响。研究结果表明:孔洞的存在对岩石的动态强度、动态弹性模量和峰值应变均具有显著的弱化作用。随着孔洞尺寸的增大,岩石动态力学特性参数显著降低;不同孔洞形状中,方形孔洞试样的动态强度和峰值应变最大,紧接着是马蹄形孔洞和圆形孔洞试样,而它们的弹性模量大小呈现相反的结论。岩石破坏形态方面,冲击作用下完整岩石和孔洞岩石分别发生劈裂拉伸破坏和拉剪破坏。另外,马蹄形孔洞试样能耗密度和分形维数同比最大,分别为1.94 J/cm^(3)和2.11 J/cm^(3),表明其破坏过程最为剧烈,而圆形和方形孔洞试样的破碎块度相差不大。该研究成果科学揭示了硬岩巷道围岩破裂特征,为硬岩巷道支护设计和岩石灾变防治奠定了重要理论基础。

落锤冲击作用下钢筋混凝土短梁响应及破坏试验研究

钢筋混凝土短梁是建构筑物的关键承力构件,为研究其在冲击荷载作用下的动力响应及破坏机制,结合应变式传感器、高速摄影、数字图像技术(DIC)等测量手段,开展了不同冲击体质量、冲击速度和冲击能量下的落锤冲击试验。结果表明:(1)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁破坏形式表现为拱形震坍裂缝和整体弯曲变形,与浅梁破坏形式有明显差异;(2)钢筋混凝土短梁跨中轴向应变由拉应变转为压应变,随着冲击能量增加(18061 J≤E≤49831 J),跨中轴向峰值拉应变、残余压应变均先增大后减小,钢筋混凝土短梁依次处于弹塑性挠曲变形、冲剪破坏模式阶段;(3)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁的裂缝萌生和扩展过程并不是单向的,裂缝多次多向扩展形成裂缝带,进而形成塑性铰,导致短梁整体破坏;(4)梁体变形程度主要取决于冲击速度而非冲击能量,具体表现相同冲击能量(30000 J)下,随着冲击速度增加(5.53 m/s≤v≤7.13 m/s),梁体跨中峰值挠度和残余挠度相应增大(26.81 mm≤w p≤29.85 mm;17.12 mm≤w r≤21.66 mm)。研究成果可为钢筋混凝土短梁的抗冲击性能设计、拆除爆破工程设计提供试验依据和机制认识。

钢筋混凝土烟囱爆破拆除失稳下坐和空中断裂现象研究

针对一座180 m高钢筋混凝土烟囱爆破拆除过程中的下坐和空中断裂现象,结合视频监控技术、应变监测技术和数值模拟技术,对烟囱失稳下坐和空中断裂机制进行了综合性分析。研究结果表明:爆破切口起爆瞬间,烟囱爆破切口边缘受到爆炸产生的冲击荷载,并诱发应力波的反射和支撑区初始应力状态的动态调整,使支撑区中产生较高的附加动应力。当支撑区混凝土强度较低、截面面积较小时,起爆后支撑区迅速发生大范围的压缩破坏,进而发生下坐现象,在此过程中烟囱支撑区的理想转动轴不会出现。烟囱下坐过程中加速和减速向下运动交替出现,在下坐结束阶段,显著的减速过程将使烟囱处于"超重状态",并在筒体中诱发较高的动应力,可能导致烟囱中上部缺陷部位压溃断裂。

复杂环境下框剪结构烂尾楼定向爆破拆除

根据框架-剪力墙结构烂尾楼的结构特点,以及周边环境情况,采取"Ⅰ区、Ⅱ区依次向东定向倒塌"的总体爆破方案。由于倒塌空间有限,为减小大楼的倒塌距离,将Ⅰ区的爆破切口提高至5层,Ⅱ区延迟Ⅰ区460 ms起爆。运用LS-DYNA动力学有限元软件,验证了爆破总体方案的合理性,计算得到的倒塌运动过程和堆积形态与实际效果比较吻合。结合现场踏勘情况,对大楼的爆破倒塌效果进行了详细分析,结果表明:采用"分区间隔延时"爆破拆除框剪结构大楼时,合理的爆破切口高度和延期时间是关键;在定向倒塌方案中,为降低爆堆高度,需要对梁结构进行爆破弱化处理。

钢筋混凝土立柱爆破破坏过程及个别飞散物试验研究

爆破拆除实践中存在保守设计、过度防护的现象,其根源是不能确定炸药能量“供”与“求”的平衡点。为研究多药包共同作用下钢筋混凝土立柱爆破破坏及个别飞散物运动过程,在野外爆破试验场开展了多组立柱爆破试验。高速摄影观测及破碎碎块分析结果表明:高段位孔内雷管的名义延期时间的误差影响立柱的爆破破坏过程;爆破个别飞散物在100 ms的观测时间内的运动速度与时间呈线性关系,抛掷速度为10~20 m/s,抛掷方向以水平方向为主。在工程实践中,建议将爆破对象外围构件作为防护重点,以柔性防护为主、刚性防护为辅,提高项目经济效益与施工效率。

城市基坑支撑梁爆破拆除安全防护措施探讨

爆破方法广泛用于拆除基坑工程中钢筋混凝土支撑梁,它显著提高了拆除效率,带来了可观的经济效益和社会效益。但是爆破滋生的诸如爆破振动、爆破飞石和爆破粉尘等有害效应也不容忽视。根据城市大型基坑支撑梁爆破拆除施工经验,研究分析了爆破振动、爆破飞石和爆破粉尘的产生机理,总结了几种常用的安全防护措施。爆破有害效应控制应从"主动控制"和"被动防护"两方面着手。主动控制即从布孔形式、装药结构和起爆网路3个方面优化爆破设计方案,控制爆破有害效应的源头;被动防护即从防护形式和防护材料两方面,最大限度地切断爆破有害效应的传播路径。

钻孔爆破炮孔孔壁压力计算模型

针对钻孔爆破数值模拟过程中炮孔孔壁压力取值较为复杂的问题,通过分析炸药爆轰过程以及爆破介质的破坏和运动过程,构建了孔壁压力的简化计算模型。该模型将爆破过程分为4个阶段:炸药爆轰炮孔升压、炮孔初步弹性膨胀、孔壁裂纹张开且气体流入、介质剥离抛掷且气体逸出。通过简化分析介质的爆破破坏过程,分别确定了各阶段的持续时间。通过简化分析爆炸气体体积的变化,并基于理想气体状态方程,分别确定了各阶段孔壁压力随时间变化的数学函数。通过现场实验结果对计算模型进行了验证,计算结果与实验结果吻合情况良好。该计算模型考虑了多种因素对爆破过程的影响,又未引入难以确定的系数,方便实际应用,可用于理论分析或数值模拟中爆破荷载的取值。

视频侦查中犯罪嫌疑人的判查

在大量的监控视频信息中查找、发现可疑人员目标,既需要视频浓缩和视频结构化等技术支撑,也需要视频侦查人员根据经过筛查的视频人工研判可疑人员目标。监控视频中查找、判定涉案可疑人员目标的主要方法有:根据犯罪现场内部监控视频判断犯罪嫌疑人;根据犯罪现场环境及嫌疑人行为特点查找目标;利用技术类方法查找涉案人员目标;大数据关联查找法。视频侦查中对犯罪嫌疑人的查找、发现、判断和深层次信息挖掘,需要人工观看与系统快速检索相结合,并与大数据集成条件下的智能化侦查技术相融合发展。