基于等效质点峰值振动速度的高铁线路周边建筑结构振动评价研究

高速铁路列车运行过程中产生的振动波对沿线建筑结构的影响不可忽视,适用于高速铁路线路周边建筑结构的振动评价方法具有重要工程意义。首先,基于萨道夫斯基公式与简谐激励作用下建筑结构响应的原理,建立了等效质点峰值振动速度(peak particle vibration velocity,简称PPV)计算式;随后,开展现场土体监测试验,分析了振动信号质点峰值振动速度的衰减特征,并通过小波包变换分析振动信号的频带能量特征,理论计算得出了等效PPV;最后,以现有交通振动作用下建筑容许振动值为评价标准,进行高速铁路线路周边建筑结构的振动安全评价。结果表明:除局部放大程度显著的位置外,高架桥桥墩地基中高铁振动波质点峰值振动速度衰减公式对实际质点峰值振动速度的整体拟合结果较好;基于等效PPV的振动评价方法发现,在振源距45 m处,G924次列车的0~10 Hz等效PPV值大于1 mm/s,超过了振动敏感和具有保护价值建筑的振动容许值;与现有振动评价相比,等效PPV的振动评价方法具有振动敏感性大、可针对特定建筑结构进行振动控制、可在高铁线路周边建筑选址前进行振动评价等优点。

深埋输水隧洞爆破开挖混凝土喷层质点峰值振动速度阈值研究

在地下洞室工程施工过程中,爆破的强扰动效应以及开挖过程地应力的剧烈释放对近区混凝土喷层质量的影响不可忽视。此次研究以具体工程为背景,利用数值模拟的方式研究了深埋输水隧洞爆破开挖过程中混凝土喷层的损伤规律和质点峰值振动速度阈值,并计算出相应的单响最大装药量,可以为工程施工设计提供必要的支持和借鉴。

基于灰色关联分析的遗传神经网络在水下爆破中质点峰值振动速度预测研究

水下爆破是一个复杂的、非线性的动态能量释放过程,其涉及到的影响因素众多。为了充分利用少量的实测数据,较准确地预测水下爆破质点峰值振动速度,引入灰色关联分析理论,并结合遗传神经网络较强的非线性映射优势和全局化的搜索能力,建立基于灰色关联分析的遗传神经网络模型(GRA-GA-BP)。该模型利用灰色关联分析理论,充分挖掘小样本潜在信息特征,较合理地确定了影响爆破振动速度的主要因素,解决了神经网络在多变量复杂系统中输入变量无法自动寻优的难题,从而增强了神经网络的适应能力和稳定性。采用该模型对广东台山核电站1期工程大襟岛水下爆破开挖质点峰值振动速度进行预测,并与传统的遗传神经网络及萨道夫斯基公式预测结果进行对比,发现GRA-GA-BP模型的预测值与实测值吻合更好,预测误差更稳定。研究方法可为小样本、多因素影响下类似工程质点峰值振动速度预测提供借鉴。

质点峰值振动速度衰减公式的改进

基于柱面波理论、长柱状装药中的子波理论以及短柱状药包激发的应力波场Heelan解的分析 ,推导了岩石爆破中质点峰值振动速度衰减公式 ,并用室内外试验资料和数值模拟结果初步验证了该公式的有效性。与传统的质点峰值振动速度衰减公式相比 ,本文推导的公式更具理论基础 ,并可反映诸如炸药种类、炸药特性、钻孔孔径。

危岩崩落激振作用下的质点峰值振动速度

群发性危岩破坏机理必须考虑危岩体之间的相互作用,研究危岩崩落激振作用对相邻危岩块的影响具有重要意义。对危岩崩落试验激振信号进行积分变换,同时针对坠落式危岩,建立危岩崩落激振效应物理模型。依据能量守恒原理,构建危岩崩落激振作用下由激振源各向同性向外均布传播的质点振动速度计算方法。并通过实例分析,得到了与试验基本一致的结果。这对进一步实施危岩破坏及演化机制研究提供了一定科学依据。

质点振动速度与主振频率在爆破监测中的应用

通过分析爆破振动对结构的破坏机理,提出了用质点峰值振动速度和主振频率作为爆破振动的监测方法,并探讨了结构的破坏准则和部分国家的振动安全标准,以及影响爆破的因素,进而对爆破采用有效控制。

基于边坡稳定性的临界损伤质点峰值速度研究

为研究岩体爆破载荷作用下炮孔及边坡潜在滑动面近区的损伤特性,利用有限元强度折减法确定静载下边坡的折减滑动面,并基于此建立边坡的弹塑性本构模型进行数值模拟。将数值模拟结果与经典判据进行比较分析,确定不同损伤速度阈值下对应的爆心距及岩体破碎状态。同时基于边坡爆破数值模拟结果,探究有潜在滑动面的边坡岩体爆破时损伤、爆心距、质点峰值振动速度(v_(PP))及岩石动态抗拉强度之间的关系,并分别通过经典判据、最大拉应力准则的v_(PP)判据和拉应力峰值与v_(PP)统计关系得到3个v_(PP)阈值,发现最大拉应力准则的v_(PP)判据获得的损伤阈值误差最大。此关系在实际工程中可对已有的基于最大拉应力准则的v_(PP)判据作出修正。

硬岩小净距隧道先行洞的爆破振动响应规律

隧道爆破施工时,爆破破岩产生的振动效应对近邻隧道结构稳定性影响较大。为提高隧道爆破施工的安全性,基于广西某双线硬岩小净距隧道爆破开挖工程,通过现场爆破振动监测,分析后行洞爆破开挖时爆破振动的传播规律与质点峰值振动速度的分布特征,并利用有限元软件LS-DYNA建立相应的数值模型,探索近邻先行隧道径向和轴向上质点峰值振动速度演化特征及分布规律,基于最大主应力原则,构建近邻隧道爆破振动安全判据。研究结果表明:对后行隧道爆破开挖时,水平径向的振动波对近邻隧道的影响起主导作用;在爆心距相同的情况下,隧道未开挖侧的爆破振动衰减速度比已开挖侧的小;近邻隧道迎爆侧边墙、拱脚和底脚是主要受扰动区,边墙的质点峰值振动速度最大,在施工中应当加强边墙的监测和防护。基于近邻隧道质点峰值振动速度与拉应力内在联系的回归分析,并考虑混凝土的动态抗拉强度,建议将本隧道爆破施工的质点峰值振动速度阈值确定为15.7 cm/s,以保证依托工程近邻隧道支护结构的安全。

基于DBO-SVR算法的爆破振动预测比较研究

为提高预测精度和适应性,基于梅山铁矿的爆破工程,提出了一种基于蜣螂算法优化的支持向量回归(Dung Beetle Optimize Support Vector Regression,DBO-SVR)模型用于爆破时质点峰值振动速度(Peak Particle Velocity,PPV)预测,使用皮尔逊热图分析各特征与PPV的相关性,并使用均方误差和决定系数作为模型评估指标,对比分析DBO-SVR,DBO-XGB,SVR,XGB四个算法的预测结果,四个算法的均方误差分别为0.028,0.152,1.084,0.226,决定系数分别为0.985,0.917,0.408,0.877。研究结果表明,DBO-SVR算法的预测效果优于其他几个模型;DBO-SVR算法模型综合考虑了多个爆破设计参数对PPV的影响,极大缩短样本数据的训练时间,并加快模型的收敛速度以满足实际爆破振动的速度预测要求,预测结果更精确,误差更小,可为类似爆破工程的峰值振动速度的预测提供参考。

基于自组织神经网络与元启发式算法的地表爆破振动预测方法

提出一种基于自组织神经网络(SONN)和元启发式算法的露天矿爆破诱发地表振动预测方法,通过几种常用的元启发式算法,包括蝠鲼觅食优化(MRFO)、饥饿游戏搜索(HGS)、天鹰优化算法(AO)和裸鼹鼠算法(NMRA),以提高SONN模型的预测精度。利用k折交叉检验以确定算法最优参数,并用于重新训练模型以预测爆破诱发地表振动。以国内某露天矿为例验证了提出方法的有效性。研究结果表明,提出的4种模型均可准确预测爆破诱发地表振动,而在4种模型中,预测精度及可靠性由高到低排序均为:MRFO-SONN模型>HGS-SONN模型>NMRA-SONN模型>AO-SONN模型。推荐采用MRFO-SONN模型来预测由爆破活动诱发的地表振动。

小湾水电站岩石高边坡爆破振动速度安全阈值研究

在国内外有关岩石边坡爆破振动速度安全阈值研究成果的基础上,通过小湾水电站岩石高边坡爆破振动荷载下动力响应计算,由各阶边坡马道上的峰值动拉应力与质点峰值振动速度间的统计关系,按照极限拉应力准则,确定小湾水电站岩石高边坡爆破振动控制的合理部位及安全阈值。研究结果表明,岩石高边坡爆破振动控制的合理部位为开挖区上一台阶马道的内侧,其振动速度控制标准为10cm/s。

地应力影响下隧洞边墙的爆破振动安全

针对地应力条件下的溪洛渡水电站右岸大跨度导流洞的开挖,依托现场的爆破实验参数,结合LS-DYNA软件,进行了隧洞岩体爆破开挖过程围岩的动态响应计算。分别采用峰值质点振动速度和最大拉应力安全判据确定围岩的爆破损伤范围。计算结果表明,隧洞爆破开挖时,最大峰值质点振速和最大拉应力均出现在洞室边墙中部,因此,爆破损伤在洞室边墙部位最严重。通过对洞室边墙中部的峰值振速和最大拉应力的数值拟合,得到了峰值质点振速和最大拉应力的统计关系,并进行了相关性检验,而且根据所得统计关系,结合实际工程围岩动态抗拉强度准则,提出了控制隧洞围岩爆破损伤的临界峰值质点振动速度。

自由面对爆破振动信号能量分布特征的影响

基于爆破振动实测数据,通过小波分析方法,得到不同数量自由面爆破振动信号的总能量、各频带的峰值质点振动速度(PPV)及各频带能量,进而对不同数量自由面爆破振动信号的能量分布特性进行研究。结果表明:开(掏)槽爆破,由于受单一自由面限制,大部分炸药爆炸的能量都将作为地震能量消耗掉;自由面越多,爆破振动信号总能量越少;自由面的数量可影响各频带振动分量分布,随自由面数量的增加,爆破振动能量更趋向高频分布,中低频能量有减少趋势,振动速度降低;同一振动信号中的高频带PPV虽比低频带PPV高,但振动持续时间短,能量衰减较快。建议在工程爆破的减振设计中,优化起爆方案,尽量利用多个自由面,这将比仅仅减少单段起爆药量更有效。

蒲石河蓄能电站下水库坝基开挖爆破振动监测

为了降低爆破振动对周围介质的损伤,对丹东蒲石河抽水蓄能电站下水库坝基爆破进行了振动监测。通常现场影响爆破振动的因素较为复杂,文中分析了爆破监测结果,确定了K、α取值,给出了最大单段药量公式的修正参数λ,并提出了降低炸药单耗等合理的建议,可以有效指导爆破施工。

爆破震动作用下高地应力巷道动力响应特征与稳定性研究

为了研究爆破震动作用下高地应力巷道的动力响应特征及其稳定性,以淮南潘三矿超前预裂卸压爆破扰动瓦斯综合治理巷为工程背景,通过理论分析建立了爆破作业扰动巷道围岩模型,并根据应力波传播理论及波前动量守恒定理推导出了爆破震动作用下巷道围岩振动方程。使用数值模拟研究了巷道围岩质点峰值振动速度(Peak Particle Velocity,PPV)的衰减特征,从应力分布规律的角度对理论分析进行了补充,并根据模拟结果对巷道围岩稳定性进行了分析。结果表明:巷道围岩振动方程显示,爆炸应力波入射角度的不同会导致巷道围岩不同区域的动态响应特征存在差异。随着爆心距增大,巷道轮廓面附近围岩PPV出现波动,并在自由面处获得最大峰值振速;地应力对巷道围岩PPV具有抑制作用,地应力越大抑制作用越明显,且不同位置围岩的PPV对地应力敏感度存在差异;随着地应力增大,爆破震动作用下巷道围岩受力状态从拉剪变为压剪,最大主应力和剪切应力也随之增大。研究认为随着埋深增加,在对爆破震动作用下巷道围岩的稳定性进行评估时地应力因素不可忽略。对于潘三矿超前预裂卸压爆破工程现场而言,除了巷道的直墙外,墙角、拱墙也是危险区域,应当着重予以加固并加强监测。

爆破振动安全判据研究综述

简要回顾了国内外爆破振动安全判据的发展历程,综合分析了岩石高边坡和地下洞室围岩的爆破振动破坏机理、动力稳定性评价方法和爆破振动对新浇混凝土影响等方面的研究现状与进展,介绍了国内矿山、水电及核电行业采用的有关建(构)筑物、岩石高边坡、地下洞室围岩、基岩以及新浇混凝土的主要爆破振动安全判据标准,并与国外相关标准进行比较。分析讨论了以往爆破振动破坏机理研究中存在的问题以及现有爆破安全判据中的不足,如未对爆破地震波作用下岩体中波的传播问题和边坡动力响应问题的不同破坏机理加以区分,现有爆破振动安全判据中未对振动频率和持续时间的影响加以考虑等。

水电工程爆破振动安全判据及应用中的几个关键问题

综合分析岩石高边坡和地下洞室围岩的爆破振动破坏机制、动力稳定性评价方法及爆破振动对新浇混凝土影响等方面的研究现状与进展,介绍国内水电行业采用的有关岩石高边坡、地下洞室围岩、基岩以及新浇混凝土的主要爆破振动安全判据及爆破速度允许标准,并与矿山领域的相关标准进行对比。指出以往爆破振动破坏机制研究中存在的问题和现有爆破安全判据的不足,如未区分爆破地震波作用下岩体中的波传播问题和边坡动力响应问题的不同破坏机制,爆破振动安全判据未考虑振动频率和持续时间的影响。最后提出今后在爆破振动破坏机制研究,体现幅值、频率和持续时间综合影响的爆破振动安全判据确定,考虑温度应力的新浇混凝土爆破振动安全允许标准制定等方面的努力方向。

爆破振动波叠加数值预测方法

根据场地地震波的传播叠加原理,以实测单炮孔爆破振动波形为基础,考虑预测点位置与各炮孔的相对位置关系,并按照实际起爆网路设计的各炮孔起爆时差和实测的地震波传播速度等参数,计算获得预测点的爆破振动波形。不仅可以预测爆破振动速度峰值,而且可以预测完整的振动波形,并可获知爆破振动持续时间及主振频率分布范围。根据现场应用数码电子雷管的深孔爆破实验,该方法计算的预测波形与实测波形相当吻合,计算结果可靠性较好,可以在实际工程中推广使用。

爆破振动对砂浆锚杆的影响研究

爆破振动对锚杆有不利影响,运用应力波理论,并利用波函数展开法,研究了爆炸应力波与锚杆的相互作用过程,给出了爆破振动作用下砂浆锚杆周围砂浆体中的动应力和峰值振速分布情况,比较了不同频率应力波对锚杆的影响,导出了不同频率应力波作用下砂浆锚杆的安全质点振速范围。研究结果表明:入射波频率越高,砂浆锚杆所允许的安全质点峰值振速越大。

大坝灌浆帷幕爆破振动响应特性的数值模拟

针对爆破施工对邻近灌浆帷幕的影响问题,基于ANSYS-LSDYNA分别建立了坝基段和岸坡段灌浆帷幕的二维有限元动力模型,采用数值方法模拟研究了爆破施工时三种不同基岩条件下灌浆帷幕的爆破振动响应特性。结果表明:随岩体硬度提高,帷幕处质点振动速度减小而第一主应力增大。对于同一岩体,岸坡段灌浆帷幕的质点振动速度和第一主应力的最大值均出现在帷幕的顶部,而坝基段灌浆帷幕的质点振动速度与第一主应力最大值出现的位置不同。因此,灌浆帷幕的爆破振动影响监测点布置,需要综合考虑爆源位置、测点部位、岩体性能的影响。