深埋地下厂房分层开挖中地应力瞬态卸载的扰动效应

针对深埋地下厂房分层开挖工程中地应力场动态卸载诱发的安全问题,采用动力有限元软件,结合隐式-显式顺序求解方法研究了厂房分层开挖中围岩质点响应规律。结果表明:地应力卸载诱发的应力波在墙脚处发生绕射并在其上方围岩中产生应力波叠加,致使竖直向质点峰值振速沿边墙向上呈现先增大后减小的衰减规律;随着开挖深度增加,开挖区岩体应力水平也随之增加,卸载应力波在边脚处绕射后叠加效应更为显著;开挖区岩体地应力卸载诱发的拱圈质点振动规律受其结构形状影响,垂直于临空面方向的振速较大;拱顶振速峰值受初始地应力水平与距离影响,其值随开挖层数的增加呈现先增大后减小的规律;地应力瞬态卸载导致保护层岩体内产生动拉应力,其形成主要是边墙约束保护层引起卸载应力波反射所致,该拉应力与初始应力大小成正比。

地应力瞬态卸载诱发振动的能量分布特性

高地应力条件下隧洞爆破开挖中,岩体初始应力的瞬态卸载诱发的振动是岩体爆破开挖振动的重要组成部分。为揭示地应力瞬态卸载诱发振动能量特征及其对爆破开挖振动能量分布的影响,采用基于功率谱的振动能量分析方法,研究爆炸荷载和不同水平地应力瞬态卸载诱发的振动能量频域分布特征。研究表明:爆炸荷载与地应力瞬态卸载诱发振动的能量频域分布范围基本一致,但瞬态卸载诱发振动主频一般低于爆炸荷载诱发振动主频;地应力瞬态卸载诱发振动会增加爆破振动能量的低频成分,是影响爆破开挖振动能量分布特性的重要因素;地应力水平的提高会增大地应力瞬态卸载诱发振动的幅值,对能量的频域分布无影响。

隧洞开挖围岩动态卸载响应特征模拟研究

考虑隧洞瞬态开挖卸载并分析围岩的动态响应对研究其变形破坏机制非常重要。在静水压力圆形隧洞动态卸荷模型理论分析的基础上,采用FLAC3D的Fish语言开发了隧洞开挖动态卸载围岩响应模拟计算程序。验证算例模拟结果与理论结果对比,证明了程序的正确性,围岩的应力变化和体积应变增量均呈现由表及里的波浪型变化,能较好地模拟围岩的动态卸荷响应。根据Griffith强度准则计算得到的不同时刻围岩的损伤范围表明,考虑动态卸载时围岩的损伤区比采用静态分析要大。采用该程序分别模拟了不同卸载时间、卸载路径、隧洞形状、隧洞直径、地应力等条件下,隧洞动态卸载围岩的动态响应。结果表明,在卸载时间变短、先慢后快卸载路径、洞形为方形、洞径变大和地应力差值增大的条件下,隧道围岩内最大、最小主应力应力差也增大。深部隧洞采用瞬态卸载分析对于深入研究围岩变形破坏机制具有重要意义。

耦合电感序列切换的快速卸载瞬态响应Buck变换器

为解决时间最优控制(TOC)卸载瞬态响应差的问题,该文提出基于耦合电感辅助电路的快速卸载瞬态响应Buck变换器,并设计序列切换控制策略。耦合电感辅助电路仅作用在卸载瞬态期内,通过控制辅助耦合电感与输入源并联来改变输出电感两端的等效电压,达到提高电感电流变化率的目的。卸载瞬态期内采用所提的序列切换策略将系统暂态周期分解为n+1个子周期,在每个子周期内应用电容电荷充放电平衡计算出切换序列,进而实现对辅助耦合电感的投切控制。所提序列切换控制方案将系统电压过冲限制在子周期的最大电压过冲值上,调节时间缩短至原输出电感电流首次达到稳态的时刻。进一步设计出12V/3.3V实验样机,实验结果验证了所提方案的可行性。

深埋隧洞爆破开挖损伤区检测及特性研究

通过对锦屏二级辅助洞爆破开挖损伤区的检测和数值计算,比较岩体开挖动态过程(包括爆炸荷载和地应力高速释放)及静态过程(地应力重分布)所分别造成的损伤,探明地应力瞬态释放诱发岩体损伤的机制。检测结果表明,地应力的存在对深埋隧洞爆破开挖损伤区具有较大影响。隧洞轴线垂直于最大主应力时的钻爆开挖损伤明显要大于轴线平行于最大主应力时的情况;可以将开挖损伤区分为内损伤区和外损伤区,其中前者主要由爆炸荷载和地应力高速释放二者耦合作用引起,其主要特征是岩体声波速度显著降低;后者主要由应力重分布引起,特征是岩体声波速度缓慢降低。另外,辅助洞实测的岩体内损伤区深度显著大于外损伤区深度,且内损伤区在断面上的分布特性受到开挖二次应力场的影响,表明伴随爆破过程发生的地应力瞬态卸载效应是内损伤区形成的直接原因之一,声波检测检测和数值模拟计算均也证明了这一点。

微差段间重复扰动导致深埋隧洞围岩损伤机制

爆破荷载和地应力的瞬态卸载是深埋隧洞开挖损伤区孕育及演化的重要影响因素。根据深埋圆形隧洞爆破开挖过程,采用理论模型和数值模拟相结合的方法分析开挖面上各段爆破引起的爆炸荷载和地应力瞬态卸载应力场的变化规律,并比较各段爆破开挖对隧洞保留岩体的损伤程度。计算结果表明,爆炸荷载对围岩岩体造成的破坏主要是张拉破坏或张剪破坏,地应力瞬态卸载造成的破坏主要是压剪破坏;各段开挖爆炸荷载和地应力瞬态卸载对最终的开挖损伤区均有贡献,体现了重复扰动损伤效应,其中以MS7和MS9段的影响最大,表明各段开挖对最终损伤程度的影响不仅与荷载值的大小有关,与各段的开挖半径同样关系密切;当地应力水平不断提高时,地应力瞬态卸载对损伤区的贡献也会越来越明显;当深埋隧洞开挖的爆破参数相同时,地应力水平将成为围岩损伤的决定性因素。