基于复合消能爆破技术的海底基坑开挖数值模拟研究

水工建构筑物岩石基础开挖在整个工程项目中有着重要的作用,如何在保证结构基础开挖至指定标高的前提下减小对建基面岩体的破坏和损伤是爆破开挖的关键和难点所在。本文使用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真模拟软件对水下40 m岩体在爆破开挖下的损伤状况进行了数值模拟.对复合消能结构、加入柔性垫层以及传统装药结构三种爆破技术分别在24.5 cm×24.5 cm×30 cm的岩体模型中进行爆破开挖模拟,模拟过程采用流固耦合算法,并对岩体模型添加0.4 MPa水压模拟40 m水深环境,结果发现在相同条件下,采用复合消能爆破技术可以使基底损伤深度减小38.89%,降低保留岩体能量传递30.52%,削弱保留岩体损伤程度30.90%。结果表明:复合消能结构可以有效控制建基面保留岩体损伤形态和范围,保护效果明显,可应用于水下岩体开挖的建基面保护工作。

珊瑚礁灰岩水下钻孔爆破破裂特征试验研究

在海洋的开发建设过程中,往往涉及到水下珊瑚礁岩的爆破开挖。为研究珊瑚礁灰岩水下钻孔爆破的破裂特征,选用4种类型的珊瑚礁灰岩模拟了3种水深情况下的单孔爆破试验,分析了不同水深条件下礁灰岩试样炮孔附近的破坏、径向裂纹和块度分布。结果表明:礁灰岩炮孔周围破坏情况与岩石强度有关,珊瑚灰岩和珊瑚砾块灰岩试样炮孔周围观察不到明显的破坏现象,生物砂砾块灰岩炮孔周围表面能观察到明显的崩落;爆破后试件表观裂纹的数量和宽度会随着水压的增加而减少;天然裂隙的存在会导致爆炸应力波的传播路径和作用方式发生改变从而阻断裂隙的扩展;水下珊瑚砾屑灰岩爆破的大块率会随着水深的增加而增加,且块度分布符合swebrec分布函数。

基于压电陶瓷传感器的水塔定向爆破监测试验研究

为了顺利完成水塔的定向拆除爆破,将压电陶瓷传感器应用于水塔的拆除爆破中,通过MATLAB小波包能量分析法对传感器监测信号进行能量指数计算。结果表明:试爆对水塔结构造成损伤,与导向窗径向对称的塔壁腹部的平均能量指数是其背部能量指数的60.37%,腹部产生的损伤小于背部的损伤;通过频谱分析发现水塔倒塌过程中各测点信号主频率集中在4~11 Hz,信号功率主要在0~20 Hz的频段内,与一般建筑物自振频率接近。埋入式压电陶瓷监测系统能对建(构)筑物倒塌过程中各阶段、各部位破坏和损伤程度进行监测和记录,是对拆除爆破建(构)筑物过程分析的一种有效的技术方法。

复杂岩性隧道超前切割爆破方法研究

针对复杂岩性隧道传统爆破开挖效果差的问题,基于传统光面爆破与预裂爆破的研究,在隧道周边局部存在软弱围岩情况下,将软弱围岩区周边孔的爆破提前至掏槽孔爆破之后进行,提出一种超前切割控制爆破方法。建立了准三维模型,使用流固耦合(ALE)算法和ANSYS/Ls-dyna有限元分析软件,对超前切割爆破方法与传统预裂、光面爆破方法进行了数值模拟对比研究,结果表明:相较于光面爆破与预裂爆破,对超前切割爆破在隧道轮廓周边损伤深度分别降低了6.85%与10.08%。结合仿真结果设计了现场爆破试验方案,并开展了光面爆破及超前切割爆破方法的现场对比试验,爆破结果表明:采用超前切割的爆破方法后,隧道的轮廓面成型效果好且软弱围岩区无掉块、坍塌情况,同时超欠挖得到有效控制。对爆破后的断面进行三维断面扫描数据及统计结果表明:相较于效果较好的光面爆破,超前切割爆破的最大超挖降低了35.98%、平均超挖降低了25.60%,混凝土消耗数量降低了26.3%,其平整度标准差提高了24.29%。该方法经过现场实践验证,在降低超挖的同时还可以减弱复杂岩性区内的爆破损伤,提升隧道保留围岩平整度。