粉质黏土层直埋铸铁管道爆破地震效应

针对武汉市区内常见直埋球墨铸铁管道,设计实施邻近预埋管道的全尺寸爆破实验.结合有限元数值计算方法,考虑管道不同埋深,研究爆破地震作用下粉质黏土地层内直埋管道动力响应.研究结果表明,管道和地表峰值振速(PPVs)随爆源与管道距离的减小而增大,在管道正下方爆破为最危险工况.管道中心截面为危险截面,危险截面PPVs以管腰和管底较大,动态应变以轴向拉伸应变为主,环向应变次之,峰值有效应力以底部单元最大,管道肩部最小.管道不同埋置深度和PPVs具有比例关系,通过实测地表振速与管道有效应力关系可以预测管道截面爆破峰值有效应力,计算关系式可以为岩土爆破施工中邻近管道的安全性评价提供计算方法.

基坑开挖爆破作用邻近压力燃气管道动力响应特性研究

确保复杂城市环境基坑爆破开挖工程中邻近压力燃气管道的安全性是关键性问题。依托武汉地铁8号线二期竖井基坑爆破开挖工程,利用现场监测数据建立ANSYS/LS-DYNA三维有限元数值计算模型,分析计算了不同运行压力条件下埋地燃气管道的动力响应特性。研究结果表明:实际工况下管道截面峰值合振速为0.453 cm/s,单元峰值von-Mises应力4.95 MPa,压力燃气管道处于安全运行状态;管道截面峰值合振速大于其正上方地表振速,且两者存在线性关系,由此建立管道爆破振动速度的预测模型;管道截面峰值合振速、峰值von-Mises应力均位于迎爆侧,且随管道内压的增加而增加,内压为零时为最佳运行状态,由此建立了管道峰值von-Mises应力与内压、爆破参数的数学计算模型,为实际爆破工程的安全作业提供指导。

运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯(HDPE)管道现场爆破试验,分析不同工况条件下(不同药量、不同爆破心距)无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态(即不同充水水位高度)HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准.研究结果表明:当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.

爆破地震荷载作用下高密度聚乙烯波纹管动力响应试验研究

为研究爆破地震荷载作用下埋地高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE)波纹管的动力响应规律,通过现场预埋管道的爆破试验,结合爆破地震与动态应变等测试手段,分析了爆破地震荷载作用下埋地管道的动力响应特征,研究了管道振动速度及动态应变的分布特征,基于von Mises屈服准则分析评价了管道安全性,提出了爆破振动速度控制标准。试验研究结果表明:试验中管道与地表振速以及管道动态应变随爆心距的减少,随炸药量的增加而增大;爆破地震波振动主频高,管道振动主频高于地表;相同爆破工况条件下,管道上方地表振速普遍大于管道振速;管道截面背爆侧峰值轴向应变以拉应变为主,迎爆侧峰值环向应变以压应变为主;本试验管道安全控制振速可取20 cm/s,此时管道处于安全状态。

高密度聚乙烯波纹管爆破振动动力响应尺寸效应

为研究爆破振动作用下高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE)波纹管动力响应的尺寸效应,采用现场预埋管道的爆破试验及动力有限元数值计算相结合的方法,通过振动监测结果分析HDPE管道动力响应数值计算模型的可靠性;在此基础上,建立相同条件下不同管径HDPE管道的数值模型,研究尺寸效应影响下的埋地管道动力响应特征。研究结果表明:在爆破振动作用下,管道各截面迎爆侧的振速和von-Mises有效应力均大于管道背爆侧,管道振速峰值出现于管道底部;随着管径的增大,管道振速与有效应力会随之减小;管道有效应力与峰值速度之间、管道振速与地表振速之间均具有函数关系;根据HDPE管道相关规范中最大的允许压力,可得到管径为40,50,60,80和100 cm的HDPE波纹管(空管)在类似岩土层条件下地表爆破控制振速为分别为22.5,20.91,19.70,17.91,16.64 cm/s。

爆破地震波作用下法兰接口燃气管道动力失效机制

基于典型城市燃气管道直埋地层特点,通过全尺寸直埋燃气管道爆破地震实验,并结合LS-DYNA动力有限元数值计算软件建立不同爆源距离的无接口和法兰接口的燃气管道模型,分析研究了爆破地震波作用下法兰接口燃气管道动力响应特征及其失效机制。研究结果表明:管道截面应变以轴向拉伸应变为主,环向应变为辅;不同爆破工况下,无接口管道和法兰接口管道及地表峰值振动速度随爆源距离减小而增大;沿管道轴线方向,无接口管道、地表峰值振动速度以管道中心截面为对称面沿两端不断减小,法兰接口管道峰值振速由两侧向中间逐渐增大,在法兰接口处突然减小;法兰接口处出现明显的应力集中现象;管道法兰接口处是爆破地震作用下研究的关键点,螺栓的峰值有效应力、垫片轴向压力、法兰峰值有效应力、法兰偏转角随爆源距离增大而减小;法兰管道偏转角与地表峰值振动速度具有对应关系,法兰接口燃气管道中心正上方地表的控制振速(13.82 cm/s)可作为邻近燃气管道爆破工程地表的安全控制值。

承插式混凝土管道爆破振动动力响应尺寸效应研究

为研究爆破振动作用下不同内径规格承插式混凝土管道振动响应存在的尺寸效应,通过现场邻近管道爆破试验及其振动监测数据验证,结合动力有限元软件建立多尺寸管道爆破动力数值计算模型,分析承插式混凝土管道爆破振动响应特征;基于量纲分析基本理论,考虑管道尺寸效应影响建立管道爆破振动速度预测模型;结合混凝土的动抗拉强度,提出了不同内径混凝土管道的爆破振动速度控制标准。研究结果表明:管身和管道承插口峰值应力的出现存在时间差,管身峰值应力大于管道承插口,并随着管道内径的增加,两者峰值应力差值逐渐降低;在爆破地震波作用下,混凝土管道峰值振动速度随着管内径的增加而逐渐降低。

地表爆炸作用下钢筋混凝土管道裂缝扩展机制

为了研究地表爆炸作用下埋地管道的安全性,针对城区内常见的浅埋承插式钢筋混凝土管道,设计并实施全尺寸埋地管道地面爆炸现场试验.结合全耦合数值模拟手段及分离式钢筋混凝土建模方法,基于混凝土smeared crack模型,分析地表爆炸作用下承插式钢筋混凝土管道结构体系的动力响应特征及管道裂缝扩展机制.研究结果表明,地表爆炸作用下,管道内壁开裂以斜向裂缝和环向裂缝为主.斜向裂缝均出现在管道的承插接口处.当爆源位于管道承插接口上方和管身中部正上方时,距爆源最近的管道承插接口处均产生明显的斜向裂缝.承插接口是承插式钢筋混凝土管道体系抗爆的薄弱部位.

下穿燃气管道爆破振动效应现场试验研究

明晰下穿燃气管道爆破工程中的振动效应有助于更好地预测与控制爆破危害。通过下穿预埋燃气管道的现场爆破试验,采用动态测试手段,通过组合应变以及爆破应力波理论,分析爆破过程中爆破地震波的传播特点,研究管道及其上方地表土体的振动特点与应变特征,并计算得出管道允许应变和地表安全控制振速。结果表明:试验爆破地震波具有短时随机性,振动主频率主要集中在10~50 Hz范围内,主频较高,衰减较快,符合实际爆破工程中、远区爆破地震波传播规律,试验设计是合理的;管道中心截面为最危险截面,截面测点的峰值应变均以轴向峰值拉伸应变为主,截面背爆侧峰值拉应变大于迎爆侧;管道振速大于地表振速,管道允许应变值为366.4×10-6,管道正上方地表安全控制振速为8.5 cm/s。