多因素影响下大跨度地下硐室抗爆稳定性分析

为研究多因素影响下大跨度地下硐室的抗爆稳定性,以模型试验为基础,利用FLAC^(3D)软件进行模拟,并改变爆炸强度、爆源位置、硐室跨度等参数,获得了不同条件下硐室围岩及衬砌结构应力、位移以及塑性区的变化规律。研究表明:爆炸施加之后,应力波自爆心呈球面向四周传播,传播过程中强度快速衰减,传播到地表和硐室自由面处发生反射,反射拉伸波使附近围岩受拉屈服,产生“层裂”现象,硐室两侧出现“八字形”裂纹;爆炸强度增加后,测点应力值及拱顶变形量增加,硐室上方的受拉区域及塑性区变大,甚至会连成一片,此时硐室可能会塌落;硐室跨度增加后,各测点应力值变化较小,拱顶变形量显著增加,抗爆性能变差;相同的爆炸强度下,顶爆作用的破坏效应最严重,爆源越偏离硐室,测点应力值、硐室变形及塑性区越小。增加硐室埋深、进行地表伪装可减轻爆炸破坏效应,加大衬砌结构强度、对拱顶拱脚进行锚固可增强硐室稳定性。该研究可为地下工程的设计和防护提供一定的借鉴。

爆炸荷载作用下浅埋大跨度地下硐室动力响应研究

为探究不同炸药量的钻地武器爆炸对大跨度地下硐室的动力响应和破坏形态,开展模型试验对浅埋大跨度地下硐室的抗爆性能进行研究,得到了2种爆炸荷载作用下硐室围岩及衬砌结构的应力、加速度、应变和位移变化规律,对比分析了围岩和硐室的破坏形态。利用FLAC 3D有限差分软件对模型试验进行验证,并模拟了地下硐室的破坏过程,共施加5种强度的爆炸荷载,得到了不同强度爆炸作用下大跨度地下硐室的动态响应规律。结果表明:爆炸应力波沿垂直方向的衰减系数大于水平方向,拱顶测点的加速度峰值均远大于底板衬砌测点的加速度峰值,测点位移峰值随着距爆心距离的增大而变小,2台模型最大应变峰值均出现在拱脚部位,随着爆炸药量的增加,所有测点的峰值都呈增长趋势;2台模型均出现了明显的“层裂”现象,炮孔上方形成了塌落区,模型M2围岩中裂纹的数量、宽度和深度较M1有所增加,模型M2硐室的拱顶和拱脚部位出现了明显的纵向裂缝;模型M2衬砌塑性区占衬砌总体积的19.1%,与M1相比,围岩和衬砌塑性区分别增加了18.8%,14.8%,爆压峰值增加到50 Mpa后,硐室基本丧失承载能力;采用长密锚杆对硐室围岩进行加固可提高拱脚的抗变形能力,采用强度较大的衬砌支护可增加硐室稳定性,增加硐室埋深或采取隐蔽伪装等措施可减弱打击强度。