爆破作用下层状围岩隧道突变失稳判据研究

为判断爆破振动与损伤作用下层状岩体隧道的围岩稳定性,根据层状围岩失稳特征建立隧道力学模型,考虑爆破损伤和振动效应,构建层状围岩隧道系统总势能方程和突变失稳判据,分析爆破作用下层状围岩稳定性演化规律;并以沪昆高铁湖南段姚家隧道为工程背景,分析层状围岩隧道稳定性。结果表明:层状围岩隧道发生突变失稳的充要条件是满足分岔集方程,即当突变特征值Δ≤0时系统可能发生突变失稳;爆破累积效应造成围岩刚度不断降低,爆破药量增加提高爆破振动效应,这些均导致层状围岩失稳概率增加;实际隧道失稳评价结果与施工现场情况、监测结果一致,验证了失稳判据的有效性。

预留核心土法爆破开挖下隧道初期支护动力响应特性

初期支护是隧道施工阶段的主要承力结构,爆破施工动力扰动下初期支护的响应规律及安全控制对确保隧道安全快速施工有着重要意义。为研究预留核心土法爆破开挖影响下软岩隧道初期支护的动力响应特征及其安全控制,以林场隧道爆破施工为工程背景,依据隧道初期支护现场爆破振动监测结果,利用ANSYS/LSDYNA建立三维有限元数值计算模型,结合预留核心土法爆破作业特点,研究了两个不同距离爆源同时作用下隧道初期支护的应力分布特征,利用萨道夫斯基经验公式获得了预留核心土法爆破振动传播衰减规律,提出了以应力为控制标准的两侧下台阶同时起爆条件下隧道初期支护的爆破振动速度安全判据。结果表明:不同于全断面法和台阶法爆破,预留核心土法两侧下台阶同时起爆时,最大振动速度出现于隧道初期支护拱脚处,而非隧道底板或拱顶;仰拱未回填区域的存在显著影响爆破应力波传播路径,相较于右侧拱脚,隧道初期支护左侧拱脚处的振动速度更大,且随距离增加而衰减的更明显;初期支护结构稳定性受拉应力控制,最大拉应力及剪应力出现于隧道左侧拱脚处,最大拉应力为7.544 MPa,最大的剪应力为2.78 MPa,均超过规范允许值;根据建立的应力-振速线性关系,提出基于极限强度的隧道初期支护爆破振动安全判据;在林场隧道爆破条件下初期支护的爆破振速安全阈值为10 cm/s。研究成果为隧道爆破施工设计以及安全控制提供理论研究基础。

隧道爆破振动控制方法研究

为了完善隧道爆破振动安全判据,基于能量原理,以最大瞬时输入能量衡量首次超越破坏,以滞回耗能衡量累积损伤破坏,将二者相结合作为隧道爆破振动安全判据。以北京国道109高速公路工程三工区爆破施工现场为依托,选择合理的间距布设振动监测点,以实测数据为基础,对各点瞬时输入能量和滞回耗能进行计算。同时,选取不同的掏槽孔延期时间,监测不同距离下的振动数值,进行瞬时输入能量和滞回耗能计算。研究表明:当瞬时输入能量足够大时,隧道结构会在短时间内发生破坏,当滞回耗能达到一定值时,隧道结构会发生累积损伤破坏;基于瞬时输入能量与滞回耗能二者相结合使用的安全判据具有科学性与全面性;选择合理的掏槽孔延期时间需要考虑爆源与保护物之间的距离。

基于爆破漏斗试验的单孔爆破损伤范围研究

基于岩石爆破损伤理论对单个炮孔的爆破损伤特点进行了分析,给出了形成爆破损伤区的损伤临界值、损伤判据以及测定损伤值的方法。在现场开展单孔爆破漏斗试验,利用钻孔声波波速试验测得炮孔周边岩石的纵波波速,并根据提出的损伤值测定法和损伤门槛值0.19判定爆破损伤区,对爆破漏斗和爆破损伤区的几何特征进行了定量比较与分析。研究结果表明,爆破损伤区体积大约是爆破漏斗的2.3~3.0倍。其中,爆破损伤区边缘至炮孔轴线的最大距离是爆破漏斗边缘至炮孔轴线最大距离的1.65~1.83倍;爆破损伤区深度是爆破漏斗深度的1.02~1.13倍。形成爆破漏斗对应的临界损伤值为0.63,是损伤门槛值的3.3倍。爆破损伤区远大于爆破漏斗,但其间有较好的几何相似性,工程实际可以根据单孔爆破试验形成的漏斗对单孔爆破损伤区进行预测。

近接文保区隧道施工爆破振动分析

本文首先对爆破振动理论进行了介绍,并分析了爆破振动时影响文保建筑物损伤的因素,最终对能量判据的参数等进行了分析。结果表明:①场地土特性与地貌特征等直接影响爆破振动时基础损害的大小及破坏形式,振速峰值对爆破振动的破坏程度起着决定性作用。②确定建(构)筑物响应能量的破坏阈值与安全标准值是建立响应能量安全标准时的基本方法。③爆破振动响应能量判据的破坏阈值和安全标准,必须基于大量爆破振动实测数据,以及在各类文保建筑物受损情况调查统计的基础上,才能最终确立。

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。

基于爆破损伤的强制放顶爆破参数设计与应用

通过总结综采工作面坚硬顶板深孔爆破强制放顶成功案例,得出以爆破裂隙区半径为强制放顶爆破参数设计的不合理性,提出以爆破损伤范围为依据进行爆破参数计算。研究以国投新集二矿210108工作面为依托,通过爆破振动监测,回归得到综采面深孔爆破振动速度传播衰减规律,由此导出炮孔周围岩体内的质点振动峰值速度衰减规律。计算结果表明,炮孔直径75mm、装药直径63mm的深孔爆破可以在周围岩体中形成半径为7.631m重度损伤区,解释了炮孔间距大于10m仍能有着良好爆破效果的原因;设计最大孔底间距15.2m的爆破参数,并成功进行了现场应用,验证了计算方法的可靠性,为类似工程爆破参数设计提供了一个新方法。

工程爆破安全振动速度综合研究

对爆破振动效应研究成果和国内外常用的安全振动速度准则进行了综合比较，结合重庆市地铁钻爆法施工爆破振动效应研究，提出了关于爆破振动安全速度规定的分类建议值。

铁路隧道混凝土衬砌爆破振动安全判据

根据应力波理论,依照极限拉应力准则、极限剪应力准则及莫尔判据,对爆炸应力波体波对隧道衬砌结构的影响进行研究,确定基于隧道衬砌结构安全的爆破振动速度判据模型。结合紧邻隧道上方的土石方开挖爆破工程实际,对爆破振动速度判据进行求解。研究结果表明:爆破应力波体波对隧道混凝土衬砌结构破坏效应中P波占主导地位,爆破振动作用下隧道结构首先产生拉伸破坏,隧道衬砌爆破振动速度安全判据为14.51 cm/s。研究结果与爆破安全规程一致,为隧道结构安全标准的确定提供了科学依据。

三峡工程临时船闸与升船机中隔墩爆破安全判据的研究

三峡工程临时船闸布置在升船机右侧，且相互平行，中间由中隔墩分开。当临时船闸侧岩石开挖高程接近６９ｍ时，升船机部位再从８８ｍ高程向下开挖。为了确保在爆破开挖过程中中隔墩的安全与稳定。在试验与研究的基础上，确定了爆破振速控制的安全判据。

露天矿边坡爆破振动破坏判据新方法及其应用

爆破振动危害动态应力比评价方法是根据爆破振动实地监测及质点振速预测方程 ,结合现场损伤破坏调查而求得岩土结构爆破振动破坏判据的一种新方法 .该法综合爆破振动水平、岩体特征、现场条件及岩土支护系统等因素 ,可以较全面地反映岩土结构受爆破振动时的动态应力状态和损伤破坏程度 .通过几个露天矿采场边坡的动态应力比评价 ,得出 :要保证露天矿边坡这种经常遭受爆破振动作用的整体性设施的安全 ,其动态应力比DSR临界值应小于 0 .0 6 0± 0 .0 0 8;要得到动态应力比判据 ,首先应当在现场监测爆破振动质点振速 ,调查、记录测点范围的岩土损伤情况 ,求得振动衰减方程 ,最后根据监测数据和现场参数求得DSR值的对应关系 ,以DSR临界值作为边坡爆破振动破坏的最终标准 .

浅埋隧道爆破振动空洞效应

为了防止浅埋隧道爆破振动对其上方建筑物的损坏，对爆破引起地表振动机理进行了研究．某隧道进口浅埋段沿隧道纵向用爆破振动仪器对振动速度进行了跟踪监测，发现存在空洞效应，即无论在掌子面前方还是后方，离掌子面10m处，地表振动速度最大，并向两侧衰减，且成洞区地表振动速度是对称于掌子面的非成洞区振动速度的1．3倍，随着距离增加振动速度减小；采用数值模拟方法进行研究，发现类似结论．在浅埋隧道爆破施工中，成洞区地表的振动速度具有放大作用，是非成洞区的1．2—1．5倍．如果在浅埋隧道实施爆破防振措施时没有考虑到空洞效应，会导致振动效应判据和安全距离失误，引起工程事故．

考虑振动频率的爆破振动安全标准的探讨

爆破振动安全标准如果不考虑振动频率的影响,则难以准确地衡量爆破振动的危害。文中在分析爆破振动频率对爆破振动的作用后,运用分形理论对其进行定量计算,得出考虑振动频率的爆破振动速度安全判别标准。并针对现场应用,提出采用简单易行的计频允许振速代替单一的爆破质点振动速度来判别爆破安全标准。

小波变换在判断爆破地震危害中的应用

针对现有的爆破地震危害判据的不足 ,利用小波变换将爆破地震信号在时域、频域上展开 ,根据不同频带的地震波对结构的危害程度取加权系数 ,将地震波信号在各个频带上的主震相的能量按加权系数合成 ,提出了用合成后的能量值作为爆破地震危害程度的判据 ,并结合某核电站的爆破震动监测数据对该判据进行了分析和讨论。该判据综合考虑了爆破地震引起的质点振动速度、振动持续时间、振动频率三种造成爆破地震危害的主要因素 ,与仅用单一的振动速度峰值作为判据相比 。

岩体开挖爆炸应力损伤范围研究

近年发展起来的爆破损伤模型虽能客观反映岩石爆破物理过程,但爆破损伤模型参数选取复杂,需要通过数值计算来确定爆破损伤范围,不便于工程操作。在工程实践中,通常采用萨氏安全判据和PPV安全判据等确定爆破损伤范围,但这些基本上都是半经验判据,在质点峰值振动速度选取上存在人为误差。在分析这些经验判据的基础上,根据爆炸应力波衰减规律,推导爆炸应力损伤范围计算公式,并将上覆岩体的原岩应力作用计入,只要知道岩体抗拉强度、泊松比就可方便预测爆破岩体损伤范围,使其更符合工程实际,并用工程实例计算说明其合理可行,且操作方便简单,具有重要推广价值。

隧道下穿运营机场跑道的爆破振动安全判据研究

以我国第一座采用钻爆法下穿运营机场跑道的隧道恩施金凤大道许家坪隧道工程为依托,开展对机场跑道的爆破动力安全判据的研究。首先基于应力波传播理论及极限拉应力准则,对爆炸应力波传播至机场跑道上表面(即自由面)处发生的反射进行理论分析,建立基于混凝土跑道结构安全的爆破振动速度判据模型,并提出跑道的爆破振动速度安全阈值;同时,基于数值模拟,从统计角度建立拉应力峰值与质点振动速度峰值之间的函数关系,求解得到机场跑道的爆破振动速度安全阈值。最后,将理论分析结果、数值计算分析与《爆破安全规程》进行对比分析,最终确定机场跑道的爆破振动速度安全判据,为在隧道下穿机场跑道爆破施工提供了依据。

城市小间距交通隧道爆破安全监测及结果分析

根据长沙市小间距交通隧道的爆破安全现场监测结果,进行了安全性评价及地震波衰减规律分析。安全性评价分别采用振速峰值和振速-频率安全判据进行评判,结果表明各测试结构物在测试爆破条件下是安全的,且具有较大的安全空间,可适当增加装药量,以加快施工速度,节约资金。通过萨道夫斯基经验公式回归分析,给出了测试条件下的场地系数K和地震波衰减指数α的值,并由此反演得到任意质点振速峰值预测公式和最大(段)允许装药量的控制公式,且后续施工证明装药量控制值是可靠、安全的。

能量判据在爆破振动安全中的应用初探

针对现有爆破振动安全判据的某些局限和不足,探讨构建能量判据作为爆破振动安全评价指标。基于MATLAB小波分析工具箱的平台,从能量角度出发,运用小波分析技术对爆破振动信号进行分解,得出各频带爆破振动信号分量的小波频带能量,并构建综合考虑爆破振动强度、频率和持续时间以及受振建(构)筑物固有频率特性等因素影响的折合能量判据。相比现行的振速-频率安全判据,可视为一种进步,其工程应用具有一定实用价值和现实意义。

爆破振动速度预测方法及其影响因素

爆破振动速度是表征和评判地震强度必不可少的参量,结合某核电站一期地面爆破振动监测数据,分析比较了爆破振动速度的3种预测方法(地震动经验公式法、基函数回归法、BP算法),并讨论了炸药类型、最大药量、炮孔直径、最小抵抗线和延时间隔对爆破振动速度的影响,为工程实践控制爆破振动危害提供了理论依据。

露天爆破运输平硐允许峰值质点振动速度的研究

通过现场爆破地震波的监测,结合爆破震动破坏判据,分析了平硐产生落块的原因,给出了平硐的允许峰值质点振动速度的建议值。平硐不同位置的最大允许振速因地质、几何形状和支护条件等因素的变化而有所不同,提出了允许振动速度在平硐的同一断面上的不同位置是不同的。爆破实践结果表明,该种提法是合理的。