基于枕头坝二级水电站混凝土导墙爆破拆除的邻近建(构)筑物动态响应数值模拟研究

基于枕头坝二级水电站临时混凝土导墙爆破拆除工程,开展了混凝土构筑物爆破拆除时邻近建(构)筑物动态响应研究。采用ANSYS-LSDYNA有限元软件和等效爆破荷载法对混凝土导墙多孔爆破拆除进行模拟,分别监测单侧混凝土导墙爆破拆除和两侧混凝土导墙同时爆破拆除邻近区域内硅厂构筑物、砖房、电厂地表和公路表面的动态响应特征。研究发现:构筑物位置处的质点峰值振速大小主要与爆心距有关,质点峰值振速随爆心距增大而减小;爆破地震波传播路径上的阻碍影响远端构筑物表面的质点峰值振速。

基于爆破等效荷载的大型地下洞室群合理间距分析

为解决爆破数值计算中存在的建模复杂、爆破荷载施加不准确和计算难以收敛等问题,基于叠加原理和应力波衰减理论,优化爆破等效荷载在隧道群孔中的施加方法,提出大型地下洞室爆破等效荷载计算模型,并依托实际工程验证计算模型的准确性,实现地下洞室群爆破开挖时围岩动力响应的快速计算。研究结果表明:扩建洞室爆破开挖,已建洞室迎爆侧边墙的质点振动存在放大效应,峰值振速放大1.5~2.1倍,这种放大效应随洞室间距增大而减小;扩建洞室爆破开挖引起已建洞室内部油体的振动很小,峰值振速为0.01~0.19 cm/s,爆破开挖对油体储存影响很小;将已建洞室迎爆侧边墙处峰值振速作为判断指标,根据“爆破安全规程”,建议依托地下洞库工程两期洞室净间距不小于50 m。

含水裂纹在爆破扰动下的断裂机制

为探究地应力影响下含水裂纹在爆破扰动下的断裂机制,运用断裂力学原理建立了爆破扰动下深部岩体含水裂纹扩展的力学模型,通过定义等效爆破扰动荷载推导出了岩体动静耦合强度因子的计算表达式;同时,通过对拉剪型和压剪型裂纹断裂的分析,了解到爆破扰动、水压力、地应力、裂纹倾角等因素对裂纹断裂的影响方式,获得了裂纹断裂的广义断裂准则,并进行实例运算,结果表明:在拉剪型断裂中,地应力对其相同方向裂纹的断裂起促进作用;在压剪型断裂中,不同侧应力系数下裂纹最易发生断裂的角度与岩体的内摩擦系数有关;爆破扰动荷载相当于增大了裂纹水的压力。

爆破地震波引起远场拱坝振动的数值模拟

针对在爆破地震波数值模拟中,存在毫米级网格尺寸将导致模型网格数量巨大而无法计算的问题,采用等效爆破荷载法,避开传统方法中对炮孔形状的模拟,忽略对近场范围内结构的精确模拟,在保证振速峰值精度基础上适当增大网格尺寸,实现对爆破地震波引起处于爆破远场拱坝振动的数值模拟.最终,坝体振速峰值与实测值对比表明,二者符合较好,满足大坝爆破振动安全控制标准,可以作为类似工程爆破振动数值模拟的参考.

JH2模型参数的确定及动静荷载耦合作用下隧道围岩损伤研究

为了研究隧道围岩在静动应力耦合作用下的变形和损伤情况,建立地应力与爆破荷载耦合作用的隧道模型。首先依据文笔山隧道现场监测数据和岩体波速反推围岩的JH2本构参数。根据围岩等级,结合已知参数和波动方程,给出简易的JH2本构参数确定方法,并通过子程序嵌入ABAQUS中建立围岩的损伤模型;为了使仿真模型更接近现实情况,先进行地应力平衡,将此时的土体状态作为爆破模拟的初始应力状态,再采用等效爆破荷载法模拟隧道爆破,以此在宏观上实现大型岩土工程在静动应力耦合作用下的爆破仿真。仿真模型不仅考虑爆破面的爆破效果,还着重研究爆破对隧道围岩的影响情况。研究结果表明:初始地应力在隧道爆破中对围岩的损伤和变形都有不可忽视的作用。初始地应力的存在诱导损伤扩展,地应力越大,损伤越大,拱底在竖向发生2.2 m最大损伤深度;在相同进尺,地应力越小变形越大,拱顶在靠近开挖面处产生11.7 mm最大变形。围岩上下的水平收敛变形不同:上部背离隧道,下部指向隧道,围岩上下台阶分界处受剪切荷载。围岩的损伤与变形贴合实际工程,研究结果丰富隧道爆破模拟,对隧道爆破施工有现实指导意义。

钻爆法施工小净距隧道的损伤与振动

为探究隧道钻爆法开挖过程中小净距隧道围岩扰动特点,以贵安隧道工程为依托,使用ABAQUS软件并利用等效爆破方法对隧道左洞实施进尺3 m的3次全断面爆破模拟。结果表明:应力波到达岩体边界发生反射容易造成围岩拉裂损伤,因此隧道洞口附近的开挖爆破应注意洞门处的支护与监测;隧道左洞的围岩损伤主要集中在拱顶和拱底附近,损伤深度最大可达3~4 m,拱肩其次,拱腰和拱脚处的损伤最轻;隧道中夹岩峰值振速随着与爆源距离的增加,测点峰值振速先是下降,靠近已形成空区的右洞时又上升,曲线整体呈“U”形,说明岩体中的空区对振速有放大效应;隧道右洞临爆侧距爆源最近的拱腰处受到的振动扰动最明显。

空气间隔装药周边眼爆破精细化数值模拟

为探讨空气间隔装药周边眼爆破的等效爆破荷载,在LS-DYNA平台上建立空气间隔装药的双孔周边眼模型,对其爆破瞬态过程展开流固耦合的精细化模拟。装药段炮眼周边岩体受爆炸应力冲击作用而粉碎,随后两股爆炸应力叠加产生的合成拉应力促使主裂缝沿炮眼连心线萌生并最终贯通;炮眼连心线上各测点的压力-时程曲线大致呈三角形,且各测点压力峰值随爆源距离迅速衰减。空气段炮眼周边不存在粉碎区,合成拉应力仍可促使主裂缝萌生并贯通;炮眼连心线上各测点的压力时程曲线呈现多峰形态,其压力峰值相较于装药段大幅降低,持时明显增长。将真实爆破荷载峰值沿炮眼连心线方向平均化为等效爆破荷载峰值,形成阶梯型等效爆破荷载。该等效爆破荷载既体现了真实爆破荷载的主要特征,又做出了充分简化,可为后续远场振动效应的数值模拟分析提供基础支撑。

隧道原位扩建爆破振动效应的精细化数值模拟与实测分析

以福州市二环路金鸡山隧道原位扩建工程为背景,将各排眼爆破简化为等效三角形荷载并按段位依次施加在各排炮眼连心线上,进而对左线隧道左上台阶掌子面的微差爆破全过程展开精细化数值模拟;重点关注爆破作业对临近隧道的振动效应。对人行隧道而言,迎爆侧振速峰值约为背爆侧的5~13倍,其中迎爆侧边墙处的竖直向振速峰值可达4.55 cm/s。左线隧道内既有临空面阻碍了爆破振动波的传播,使得右线隧道的爆破振动效应较微弱。对人行隧道迎爆侧边墙的振动实测数据表明,其三向振速时程曲线与数值模拟结果大致吻合,各段位峰值间隔与雷管延迟时间大致相同,振速峰值较数值模拟结果大10%~30%。