公路隧道爆破振动对洞口区域建筑物的影响研究

在贵州省高速公路某隧道进行爆破开挖时,采用现场监测的方法研究隧道爆破振动对洞口区域建筑物的影响。依据测点布设原则,选取爆破振动影响区域具有代表性的4栋区域建筑物开展监测,根据第一次监测结果,结合现场的实际情况,确定区域建筑物的爆破振动安全允许标准为2.0 cm/s,以此推算爆破作业最大段装药量的限定范围为12.3~13.2 kg,据此将最大段装药量调整为13.0 kg。调整爆破方案后的监测结果表明:4个测点的峰值振速均小于2.0 cm/s,结合调整爆破方案前和调整爆破方案后的现场调研情况,验证选定的区域建筑物振动控制标准和最大段装药量取值的建议是合理可行的。

多工况车辆荷载下嵌入式压电传感路面结构动态响应分析

嵌入式智能装置与路面结构在车辆荷载作用下的动态响应对其服役性能和使用寿命意义突出。为此,采用1/4车辆振动模型,构建车辆动荷载作用下的嵌入式压电系统-路面结构有限元模型。基于足尺加速加载试验路段实测应变数据和文献振动数据,对有限元模型的响应结果进行了验证;进一步考虑了不同车辆轴载、车速和路面平整度等工况下,嵌入式路面结构的动态响应变化和压电系统的电压峰值输出。结果表明,路面结构的竖向加速度峰值、嵌入式压电系统的输出峰值随着车辆荷载的增加而增加,线性度良好;超载带来的横向应变峰值变化和竖向应变拉压交替峰峰值变化,需重点考虑;行驶速度对路面的振动和应变响应影响明显,均不为单调变化;随着路面等级从A级降为C级,路面各结构层平均竖向加速度从-10×10^(-3) g增加到-39×10^(-3) g,其中深度200 mm以内的三向振动增幅最为明显。该研究为嵌入式压电系统的实际应用和布置优化提供了支撑,也为智能道路的长期服役性能分析提供了依据。

基于奇异值滤波的旋转装备转速提取

课题组针对无硬件测量设备的振动信号转速信息提取算法中存在频带不易确定和运算量大等问题,提出一种奇异值分解滤波的转速估计方法。先将振动加速度信号先作Hankel重构,再奇异值分解,然后利用差分奇异谱确定重构奇异分量,依据连续两个奇异分量确定一个频率成分,重构各频率分量信号,最后对重构分量作频谱分析估计当前转速。实验表明:奇异值分解滤波能有效提取信号中的频率分量,进而从振动加速度信号中提取转速信息。对比实验证明了课题组提出的方法具有频带自适应、易于实现和精度高的优势。

基于波传播特性的钢板桩振动环境效应评价和预测

通过三轴测振仪,对3个典型地区不同厚度软土的项目钢板桩振动沉桩进行监测,提取了距离沉桩点不同距离处地表的径向、切向和竖向的振动加速度,并利用Mathematica和SeismoSignal软件,分析了振动峰值加速度和振动峰值速度随距离沉桩点不同距离的变化趋势。结果表明,软土地区的振动峰值加速度和振动峰值速度均在距离沉桩点一定距离处发生突变,造成该突变的原因和压缩波传到地面有关,突变点与沉桩点之间的最短距离即为临界距离。采用GDS⁃RCA共振柱三轴测振仪,对3个场地振动沉桩前后距离沉桩点不同距离处的土体剪切模量进行测试,得到影响临界距离的因素,并通过测试数据得到临界距离处振动峰值速度差值与软土层厚度、土阻抗之比和临界距离之间的关系和改进的振动峰值速度预测方程;改进后的方程不仅真实地反映了不同软土层厚度、土层参数以及临界距离对振动峰值速度的影响,而且更真实地反映了软土地区振动衰减规律。

桃林口电站水轮发电机组动平衡试验分析及探讨

随着可再生能源的重要性日益增加,水轮发电机组作为水电站的核心设备,其性能的稳定性和效率直接影响到整个电站的运行。桃林口电站作为一个典型的水力发电站,其水轮发电机组的动平衡试验分析对于确保机组安全、高效运行具有重要意义。现状:桃林口水电站在现场试验中发现1号机组振动指标较差,判断主要因素为发电机转子转动不平衡问题。研究方法:通过结合上机架径向振动、下导径向振动及上、下导摆度数据,提出了在转子下部超前键相95°和163°处焊接配重块使其达到平衡的方法。研究结果表明:转子经过调整后,1号机组的振动状态显著改善,机组能够正常运行。意义与发展:经过动平衡试验,振动指标大幅下降,但轴摆度下降比例有限,轴摆度值主要受瓦间隙影响,未来可对瓦间隙进行调节,以使轴摆度峰值处于最佳(80~150μm)范围,进一步改善机组运行性能。该试验可应用于其他大型水电工程测试中。

邻近民房集中区隧道爆破施工技术应用研究

针对邻近民房集中区隧道钻爆法施工爆破对建筑物产生扰动的问题,研究从爆破参数和振动控制措施2个方面开展了隧道控制爆破技术分析,选取爆区7处民房进行监测,结合现场实际情况,确定民房安全允许振动速度为0.5 cm/s,预警值为安全允许振动速度的80%,以此计算出爆区与被保护物体距离和单响控制药量之间的关系。现场对邻近建筑物振动峰值振速、隧道洞内变形和地表沉降进行监测,结果表明:峰值振速监测中75%以上的数据小于0.5 cm/s,95%以上的数据小于1.0 cm/s,现场位移监测结果满足施工管理控制标准,最终验证了该爆破技术可最大程度地降低爆破对周围建(构)筑物的影响,隧道结构处于稳定状态。

基于GRA-GEP的爆破峰值速度预测

针对在爆破施工中爆破振动危害严重、爆破振动峰值速度难以预测的问题,通过灰色关联度理论和My Eclipse开发工具,建立基于灰色关联度分析(GRA)和基因表达式编程算法(GEP)的GRA-GEP爆破峰值速度预测模型。以湖北铜录山现场露天台阶爆破实测数据进行模拟预测,通过灰色关联度分析,认为最大段药量、总装药量、水平距离、高程差、前排抵抗线长度、测点与最小抵抗线方向夹角等与爆破峰值速度存在相关性,进而为了实现爆破峰值速度进行预测,根据GEP计算思路,采用My Eclipse软件进行Java语言编程模拟运算。研究结果表明:GRA-GEP模型预测结果最大相对误差为14.4%,平均相对误差为7.8%,远低于萨道夫斯基经验公式(平均相对误差30.6%)与BP神经网络预测模型(平均相对误差13.3%)。

中深孔爆破振动加速度峰值的遗传BP网络预测

为准确预测爆破振动加速度峰值,保证爆破安全,相对于考虑因素少的经验公式法以及存在收敛性差、易陷入局部极小和计算复杂等缺陷的BP算法,提出了遗传BP神经网络算法,该算法具有更高的预测精度。以田湾核电站船山二期工程的试验数据为背景,比较分析并选择最大段药量、水平距离、总药量、高程差、爆破台阶高度和段别规模等6个参数作为输入层因子,建立了相应的爆破振动加速度峰值预测模型。结果表明,预测精度达到96.97%,验证了方法的可行性和有效性。

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。

基于二次样条小波细节信号峰值的有效奇异值确定

研究了Hankel矩阵方式下交流分量、直流分量和噪声的奇异值分布特点,指出当矩阵阶数足够大时,代表这三个分量的奇异值在总奇异值向量中将被作为单独的坐标被分离开,而其衔接点处存在突变。提出利用二次样条小波对奇异值向量进行变换,并根据其细节信号的峰值位置来确定有效奇异值。研究结果表明,当细节信号的最大峰值位于第二个坐标时,表明原始信号中存在较大直流分量,此时根据第二最大峰值可确定全部有效奇异值,否则就根据最大峰值位置确定有效奇异值。信号处理实例证实了此方法的准确性。利用此法有效地分离出了轴承振动信号中的调制特征,进而据此准确地判断了轴承滚道的损伤情况。

随机人群运动荷载作用下大跨度连廊的振动响应

基于社会力模型,研究了随机人群运动荷载作用下大跨连廊结构的振动舒适度问题。通过结合交通学领域、生物力学领域对人群运动特性及人体运动参数的统计分析,对随机人群运动进行仿真,得到不同密度工况下,任意行人在任意时刻的步速、落点位置等参数,建立随机人群荷载模型,计算不同工况密度下结构的加速度峰值。研究表明,加速度峰值与行人步速关系很大,随着行人密度增大,行人速度减小,结构加速度响应则先增大后减小。根据得到的结构加速度峰值与行人密度关系曲线,可以找出出现结构振动舒适度问题的行人密度区间。

基于灰色分析和神经网络的爆破振速峰值预测

爆破给国家带来了巨大经济效益、给施工提供便利条件的同时避免不了会带来一些负面效应,为此,如何才能既降低爆破振动危害又保证施工进度,己经成为当前隧道工程界亟待解决的一项重要课题。以北京地铁昌平二期05段岩石隧道爆破为例,通过灰色关联分析法确定了对爆破振速峰值有显著影响的指标和输入变量,建立BP神经网络模型,对爆破振动速度峰值进行预测。将结合了灰色关联分析法的BP神经网络模型预报的结果与神经网络模型、传统方法预测的结果相比,其结果为:萨道夫斯基公式的平均误差为18.86%,萨道夫斯基拓展式为16.57%,BP神经网络的误差为14.61%,灰色关联分析神经网络法仅为8.23%。预测结果表明结合灰色关联分析法并运用BP神经网络对爆破振速峰值预测是可行的。

爆破振动对既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响

依托合(肥)福(州)铁路闽赣段金山顶隧道新增救援疏散隧道工程,采用动力有限元数值模拟方法,分析不同隧道间距、围岩级别、单响药量情况下爆破振动对邻近既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响规律。研究结果表明:围岩级别和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着隧道间距的增大而减小;隧道间距和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着围岩级别的提高而增大;既有隧道迎爆侧衬砌动拉应力峰值随着隧道间距的增大而减小,当隧道间距<3D(D为救援通道洞室宽度)时单响药量占主导地位;当隧洞间距>3D时隧道间距占主导地位,单响药量的变化对衬砌的影响不大。根据衬砌的安全振动速度标准及动拉应力允许峰值,提出了爆破作业单响药量控制值。

减振沟对爆破振动加速度峰值减振效应的试验研究

通过对减振沟开挖前后两个阶段爆破振动加速度峰值的监测,采用回归分析的方法,得到两种情况下的萨道夫斯基经验公式。通过对比分析的方法,得到减振沟对振动加速度峰值的减振规律。结果表明,合理的开挖减振沟可有效地降低爆破振动加速度峰值。

应用人工神经网络预报爆破地震动峰值

针对传统经验公式法已不能适应复杂爆破施工环境条件下预报爆破地震动峰值,甚至完全失效的情况,探讨人工神经网络方法在爆破地震动峰值预报中的应用,建立爆破地震动峰值预报人工神经网络模型,并用C语言编制计算程序。在地下隧道爆破地震动强度测试基础上,应用获得爆破测试结果,进行地下隧道爆破地震动峰值速度的人工神经网络预报。通过垂向、水平径向、水平切向爆破地震动峰值速度实测值对人工神经网络进行训练,进而预报爆破地震动峰值速度,并对实测值和预报值进行对比和误差分析。预报值与实测值符合较好,证实人工神经网络能有效预报爆破地震动峰值。

弹体过载记录仪安装方式对侵彻过载峰值的影响分析

通过对弹体侵彻靶板过程中过载响应机理的研究,分析了侵彻过载响应的影响因素,根据影响因素,应用数值仿真软件,建立了二种弹载存储测试记录仪与弹体安装的有限元模型,并对在同一侵彻条件下的侵彻过载响应进行了仿真分析,同时进行了靶场试验验证.结果表明:弹载存储测试记录仪与弹体的安装方式对过载响应峰值的影响较大;弹载存储测试记录仪与弹体安装时刚性接触越小,弹体本身的受迫振动响应就对过载响应结果影响越小,所测过载信息越接近于刚体过载响应.

水平振动荷载作用下桩基动力特性

根据波动力学的基本方程和无限平面内圆孔辐射应力混合边值问题的计算理论,利用傅里叶展开法,求解出在水平简谐荷载作用下,考虑桩与周围土体部分脱开的物理现象时桩周土的动刚度和动阻尼。之后将其应用到Novak的无限薄层理论中,得到了在水平简谐荷载作用下单桩的动刚度、动阻尼以及桩的水平振动幅值随频率的变化曲线。分析可知,在水平振动荷载作用下,桩的水平动刚度较小,水平位移起主导作用;考虑了桩与周围土体局部分离的物理现象后,计算出的桩顶水平振动幅值和频率比较稳定,其结果更接近于试验值;计算时,土体的剪切模量采用由静态试验法测得的桩顶土剪切模量,计算结果与试验值更接近。

青岛小净距海底隧道爆破振动响应研究

介绍青岛胶州湾海底隧道的工程概况和邻近隧道爆破控制的研究现状。由位于断层破碎带f3-1中的典型断面ZK5+607的几何参数和地质资料构建三维尺寸为215m×86.1m×60m的数值计算模型,对后行隧道上台阶掏槽眼的爆破效应进行分析。采用国际上常用的计算模式模拟爆破荷载,根据FLAC3D动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上。以控制点振速峰值和塑性区体积为标准对施工方案进行优选,分析认为施工中应尽量减小各掌子面纵向间距、严格控制掘进进尺和装药不耦合系数、施作中空孔。用优选的方案进行研究并得出结论:爆破施工对海底隧道岩石覆盖层的影响范围在15m之内;施工洞和服务洞的围岩振动影响较大,且爆破工作面前方的爆破振动强度大于后方,在其影响范围内应注意加强监控量测并推迟二次衬砌的施作;施工洞拱部、先行洞迎爆面边墙是爆破振速峰值最大的部位,施工洞拱部出现了应力集中现象和拉应力区,施工中应加强支护。

基于自适应缩放比例因子的差分进化算法

针对于差分进化算法在高维多峰函数环境下易早熟和迭代收敛速度较慢的问题,通过引入自适应的缩放比例因子的方法,提出了一个基于自适应缩放比例因子的差分进化算法。通过理论推导改进的差分进化算法可以有效提高差分进化算法对于高维多峰函数全局最优值搜索能力和差分进化算法对于高维优化问题的收敛速度,并且通过形式化证明的方法分析了其可以提高着这些性能的具体原因,实验结果表明了理论推导以及对于改进差分进化算法性质分析的正确性。

改进混合半云模型在不规则风速概率分布拟合中的应用

针对基于概率密度峰值法的混合半云模型存在的模型精度易受扰动风速影响的问题,提出了一种基于范数理论的混合半云模型峰值求解方法。首先,由风速历史数据获得风速概率密度统计离散点;然后,采用范数理论选取风速概率密度离散点的拟合多项式;最后,求取多项式的峰值点,并将其对应的风速值作为风速概率密度区域划分的边界,从而建立混合半云模型。结果表明:与基于概率密度峰值法的混合半云模型相比,所提方法可以有效地避免扰动风速对模型概率峰值选取的影响,模型拟合度保持在99%以上。所提方法提高了混合半云模型的鲁棒性和拟合精度,有效降低了"峰值偏离"对半云模型区域划分的影响。