CO_(2)气爆水击波与地震波效应试验研究

在航道疏浚工程中对高于设计水底标高的水下礁石,多采用水下钻爆清礁工艺。而水下岩层通过钻爆清挖后仍有部分岩石未能完全清除并残留不规则,不稳定的水下浅点。实际施工中经常采用乳化炸药水下钻孔爆破或裸露爆破法清除这类孤石,裸爆相对于钻孔爆破,炸药与岩面的接触面小,炸药使用量大,会出现能量利用率低、炸药单耗高、噪音和水击波大,影响生态环境等问题。为了分析浅点爆破影响因素,进行现场监测研究,对比水下薄层岩石裸露爆破法和钻孔爆破法,在相同作用效果下,CO_(2)裸爆、钻孔CO_(2)气爆和钻孔乳化炸药爆破水击波和地震波数据。以防城港18#~22#泊位码头基槽、停泊地开挖、炸礁及清礁工程为例,根据岩层性质、岩层形态、被炸岩石顶部的水深和浅点厚度等制定药包排列和用药量方案。通过对比分析得出相同气瓶条件,CO_(2)裸爆水击波超压值是钻孔CO_(2)气爆的1.87~41.9倍。应用水下钻孔乳化炸药爆破是CO_(2)气爆水击波的7.9~18.7倍,产生的振动数值是后者的3~10倍。本文以解决实际工程问题为基本出发点,在研究水下爆破水击波传播规律的基础上,综合分析水中冲击波有害效应影响规律。

紧邻桥梁水下钻孔爆破地震波与水击波控制技术

炸药水下爆炸在岩层中形成地震波,在水域中形成水击波,二者协同作用造成紧邻爆区桥梁结构振动与损伤。为了有效控制爆破有害效应,提出了爆源、传播过程的控制技术和爆破安全判据,并将其应用于长江上游九龙坡至朝天门段建设工程。通过爆破控制技术的有效实施和现场监测结构分析,表明该方法大幅降低了爆破地震波与水击波强度,保护了紧邻桥墩的结构安全。

基于水击波的页岩油井压裂套变监测原理与应用

大规模体积压裂导致套管变形是影响页岩油气开采的重要因素之一,国内外对压裂期间的套变一直没有切实可行的方法。通过在井口安装高频压力计监测压裂停泵期间的水击波,通过水击波的波形来判断是否套变这一新方法,实现了对套变的有效监测。建立了压裂停泵水击波完备的方程组,通过对不同管径水击波数值解曲线分析,获得套变情况下波形特征。在管径不变的情况下,井口的压力-时间曲线特征为一条整体光滑的,振幅衰减的波动曲线;在有一处管径变小的情况下,曲线整体趋势不变,但振幅频率变高,且无规律性;在有两处管径变小的情况下,曲线的振幅频率及无规律性增加。通过对柴达木盆地1口井的实例应用验证了方法的正确性。该方法为页岩油气井压裂改造过程中实时监测套变情况提供了一种新的思路和方法。

水下钻孔爆破水击波衰减规律及大坝动力响应特征分析

为研究青狮潭水库附近水下钻孔爆破施工对大坝的影响,采用多物理场仿真软件COMSOL模拟水下钻孔爆破作用过程,建立数值仿真计算模型,对水下钻孔爆破过程中水击波的传播衰减特征进行分析,同时分析水下钻孔爆破过程中地震波作用下水库大坝的动力响应特征。结果表明,在水下钻孔爆破产生的水击波和地震波协同作用下,水域中峰值振动速度随着爆心距增加而呈指数型衰减,水下钻孔爆破水击波的影响范围约200 m;大坝迎爆面底部的动应力响应和峰值应力最明显,振动速度达0.201 cm/s,峰值应力达0.013 MPa。研究结果可为评估水下钻孔爆破过程中水中建(构)筑物的稳定性提供数据支撑。

有压管道水击波动过程及优化控制的解析研究

为了实现阀调节对有压管道水击过程的精确控制,获得水击波动过程的解析解很有意义。该文在详细分析水击基本微分方程组及初边值条件的基础上,将波动方程在有限区间内的行波解应用于线性水击波动问题中。通过给定阀门处速度变化规律,引入曲线积分与路径无关条件,得到了阀门关闭过程中管道内无因次水击压强的精确解析解。应用Ritz法求解泛函极值,得到了使管道阀门处峰值压强为最小值时所对应的速度变化及相应的关阀规律。以此构建程序控制,就可最大限度地削减水击压强,以求通过阀门来实施对水击过程的主动控制。

气泡帷幕削减水击波压力作用因素分析

采用正交实验的方法,对气泡帷幕削减水中爆炸冲击波压力作用效果的主要影响因素进行了研究,分析了各主要影响因素的显著性,并提出了基于本实验条件下的最优因素水平组合。在实验条件下,气泡帷幕与测点之间的距离是最显著的影响因素,气泡帷幕管道的管径和流量等因素次之,孔距对气泡帷幕防护效果的影响最小。因此,在进行气泡帷幕管道设计和参数设置时,应重点关注气泡帷幕与被防护目标之间的距离和气幕管道的管径及供气气流量的变化。

电厂输水管道水击波传播过程仿真

研究输水管道的水击,保护输水安全问题,针对电厂冷却循环水输水系统中引水管道与过渡前池相接的工程布置特点,为了能够给电厂突然停电时,输水系统中管道水击压强和调压室的水位振荡,要求准确地预报,提出了特征线法结合调压室水力计算模型联合仿真,并以广东惠州液化天然气电厂输水管道为例,进行了数值仿真,结果表明,水击压力及过渡前池水面振荡,与建立的物理模型试验结果进行比较,基本一致。实验证明,仿真方法精度较高,仿真结果可以作为管道在突发事故时的危害预报,对保护系统的安全具有重大意义。

基于水击波波形的波速反演方法试验研究

基于水击压力波的压裂诊断技术可用于快速判别裂缝位置,进而用于压裂工艺优选与施工参数优化。水击波波速是水击压力波诊断的关键参数,波速计算的读取方法对波速的准确性产生较大影响。为了精确计算水击波波速、减小波速变化引起的裂缝深度计算误差,搭建水击压力波试验系统,开展水平管路中压力波波速试验。使用4种方法计算压力波波速:描点读取压力突变点法、小波分解结合互相关函数法、描点读取水击周期法、基于频谱分析的水击周期法。以平均值、标准差及变异系数为指标,分析4种方法波速计算的数值结果与稳定性。在该试验中,针对10 kHz的采样频率,使用小波分解结合互相关函数法时优选出最优小波基函数为db4小波,最优分解层数为10层。使用双传感器计算的方法(描点读取压力突变点法与小波分解结合互相关函数法)得到的压力波波速高于单传感器计算得到的方法(描点读取水击周期法与基于频谱分析的水击周期法)。结果表明:双传感器法得到的波速范围为959.08 m/s至1111.11 m/s;单传感器法得到的波速范围为619.98 m/s至859.98 m/s。小波分解结合互相关函数方法在数据稳定性方面效果最好,可重复性最强;采用频谱分析的水击周期计算得到的标准差最大,可重复性最差。研究成果可供压裂停泵中水击波波速计算参考。

水中爆炸水击波及其多次脉动的观测与分析

通过水中爆炸水击波及其多次脉动的观测,分析了水击波及其多次脉动的传播速度、脉动周期、频率及能量分布等特性。观测成果表明:多次脉动在水中的传播速度与水击波的传播速度基本一致,多次脉动的能量占水击波能量的13.9%～21.7%。

4种TVD格式对调压室水击波的数值模拟

【目的】分析比较4种不同构造形式TVD格式在捕捉水击波时耗散性和压制性数值性能的差异,为带调压室水电站压力管道水击波过程模拟提供参考。【方法】采用具有代表性的Harten TVD格式、Sweby TVD格式、TVD-MacCormark格式以及全离散TVD格式求解水击控制方程,结合给定的调压室系统水击模型边界条件,对某工程实例进行计算,并对数值模拟结果与试验数据进行分析。【结果】TVD格式可模拟调压室系统水击波的变化过程,最大水击压力与试验数据相对误差不超过1%,且间断处能够有效地捕捉激波振荡;对比4种格式计算结果,在水击波上升和振荡过程中,Harten TVD格式的计算结果与实测数据吻合最好。【结论】TVD格式计算精度较高,是模拟调压室水击现象行之有效的方法之一。

水下钻孔爆破水击波特性及气泡帷幕削压效果研究

水下钻孔爆破水击波对临近结构均会产生较大危害,研究水击波特性及气泡帷幕削弱水击波效果对控制有害效应具有重大意义。依托实际工程开展现场试验,研究水下钻孔爆破水击波特性及传播规律和气泡帷幕削压效果。研究结果表明:微差爆破各段别引起的水击波波形存在一定的叠加效应,水击波峰值压力不一定由单段最大药量引起;根据测点爆心距R、峰值压力及相应装药量Q_p进行水击波峰值压力进行拟合,能够得到较好的拟合效果。在稳定而连续的气泡帷幕作用下,水击波脉冲效应削减明显,大幅降低了水击波峰值压力,降低率达到90%以上。

水下钻孔爆破水击波的传播规律及气泡帷幕对水击波的削减作用

结合长江航道莲沱段炸礁工程,用LS-DYNA软件对水下钻孔爆破进行数值模拟,研究水击波的传播规律和气泡帷幕对水击波的削减作用,分析了水下钻孔爆破3个方向上水击波的传播特性。结果表明,水下钻孔爆破水击波在炮孔轴线方向衰减最为明显,其次是与炮孔轴线夹45°角的方向,而最小抵抗线方向衰减最慢;且改变水深时,结论仍成立。同时,研究了不同位置的气泡帷幕对水击波峰值压力的削减效果。结果表明,气泡帷幕对水击波起到了良好的削减作用;且气泡帷幕离爆源较近时,对水击波的削减效果更好。

振动固井用水击波发生工具研究

水力振动工具是振动固井工艺的主要装备,振动固井技术能够提高固井质量。本文基于流体力学水击原理,推导了水击波公式,分析了水击波振幅影响因素,振动固井条件下水击波振幅可以达到MPa数量级。基于水击波原理研制了双喷嘴水击波发生工具。加工水击波工具样机进行了室内实验,在室内实验条件下,水击波振幅达0.15MPa,根据水击波公式计算现场条件下水击波振幅可以达到0.86MPa,室内实验结果验证了双喷嘴水击波工具大振幅的输出特性。本文基于水击波原理成功研制振动固井用水击波发生工具,对振动固井工具设计具有重要意义。

水下爆破作业气泡帷幕对水击波的削减作用浅析

桓仁引水工程进水口水下岩坎爆破距离既有建筑物很近,在水下爆破作业过程中采用三道气泡帷幕进行防护。文章通过现场对比试验,分析了气泡帷幕对水击波的削减作用,通过试验数据可知,效果明显,可供相关类似工程参考。

复杂管系中水击波传播特性的分析和计算

本文利用水击波在管系中传播特性导出了分叉管端的边界条件,采用拉普拉斯变换方法得到了管系中水击波传播的解析解,並且运用拉格朗日一欧拉方法进行数值计算。

长输供热管线中AFT Impulse软件的水力瞬态分析与应用

结合同类煤电机组余热利用长距离大温差供热项目经验,从基本原理开始阐述,介绍了AFT Impulse软件在工程实例中的应用,逐步说明有压管道水力瞬态分析,并结合工程案例,分析出非恒定流体向恒定流体变化过程中产生的水击波对供热系统的危害,结合数学模型分析提出的心得及建议,以便将水力瞬态分析的成果在供热系统中更好地推广和应用,有效地指导设计与工程建设。

用多松弛格子Boltzmann方法模拟三维水击波

旨在探索用多松弛格子Boltzmann方法模拟多维水击波的可行性.采用三维方法模拟了一维水电站简单管水击现象,得到准确的直接水击和间接水击过程,证明其能准确模拟压力波传播与反射特性;模拟了二维拐角衍射,得到与其他方法吻合的结果;详细分析了断波撞击三维台阶产生的反射和衍射现象,获得合理的压力分布.研究表明:多松弛格子Boltzmann方法稳定性好,精度较高,能够准确模拟水击波的传播、反射和衍射,可推广到实际问题研究中.

挡水条件下坝体混凝土水下拆除技术研究

采用理论分析、数值模拟及工程类比等方法,研究了桂平航运枢纽水电站扩机工程混凝土结构拆除爆破影响,确定了坝体混凝土拆除施工方案,以及爆破振动、水击波、噪声及飞石的安全控制标准,评价了爆破振动、水击波、噪声及飞石等负面效应的影响并提出了相应的控制措施。

与既有建筑物超近距离水下控制爆破关键技术探索

控制爆破技术在国内外应用较为广泛,但与既有建筑物近距离控制爆破目前国内研究较少,尤其是与既有建筑物距离仅1.0m的控制爆破技术更为少见。本文依托温州LNG项目取、排水口爆破工程,进行与既有建筑物超近距离水下爆破关键技术探索,从地质情况、爆区环境、保护对象与爆区相对位置、地震波、水击波传播介质、衰减规律以及采取的保护措施等方面,全面剖析了与既有建筑物超近距离控制爆破的施工工艺,并采取相应的关键技术措施,达到对超近距离既有建筑建筑物保护的目的。

圆管流动水击压力波测量及水力计算

为探索水击现象的物理过程和机理,研制了自循环定常流动管路瞬态特性计算机控制试验装置,并利用该装置进行圆管流动水击压力波实验测量。用12只扩散硅压力传感器测定圆管流动水击压力波瞬态分布及最大、最小压力值,由试验数据拟合出水击波波形,揭示了水击压力波传播方式、特性及衰减规律。通过分析随机捕捉测量技术方法,理论上推断出测量数据达到可信精度。在归纳分析试验数据基础上,得出最大压力随关阀时间的关系曲线,对圆管流动直接水击等概念进行了探讨,用数值分析方法拟合出水击最大压力水力计算修正方程式。