被动围压条件下非饱和黏土动态压缩性能试验研究

为揭示软黏土的应变率效应及建立动态响应参数及其影响因素的定量关系,设计并开展了被动围压条件下的非饱和黏土霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)动态压缩试验,分析了应变率效应、冲击次数、含水率变化对软黏土动态力学特性的影响。试验结果表明:非饱和黏土的动弹性模量与动应力峰值具有显著的应变率效应;当试样的应变率处于255~587 s^(-1)范围内时,动态响应参数与应变率在双对数坐标系下表现出良好的线性拟合关系,且线性拟合曲线的斜率k反映了动力响应参数随应变率变化的敏感程度;含水率对软黏土应变率敏感性影响较大,其中,35%含水率试样动力响应参数的率敏感性最为显著,而39%含水率试样动力响应的率敏感性最差;此外,动力响应参数表现出随冲击次数的增加呈幂函数增长,冲击气压与试样含水率均对重复冲击载荷下的软黏土动力响应有较大影响。

中等断面隧道长进尺直孔掏槽爆破开挖与超欠挖控制现场试验

中等断面隧道受施工范围限制易导致爆破难度大,循环进尺短,超欠挖问题严重,长进尺开挖和超欠挖控制是降本增效的有效途径。基于某中等断面隧道工程设计了长进尺直孔掏槽爆破方案,进行了40个循环的爆破开挖现场试验,结果表明:(1)按照爆破手册设计中等断面隧道开挖爆破参数,往往大块率高,掌子面不平整,适当增加直孔掏槽孔单孔装药量(现场试验掏槽药量占比由12.8%增至18.1%),可获得较好的爆破效果;(2)在初步设计参数基础上调整了中等断面隧道周边孔单孔装药量,线装药密度最终确定为0.27 kg/m,轮廓成形效果好,半孔率达90%以上,现场40个爆破循环超挖平均值为18.6 cm,分析可知超挖量主要由轮廓线处留置错台造成,在超挖控制方面,除了周边孔参数的合理设计外,应在钻孔施工过程中尽可能减小错台宽度,从而降低超挖;(3)直孔掏槽方案能很好地匹配凿岩台车钻孔施工,实现机械化长进尺爆破开挖,但超欠挖精细控制和爆破施工成本控制是重难点问题,需从钻孔人员操作技术和现场施工管理模式方面进行优化提升。研究成果可为中等断面隧道机械化钻爆施工、长进尺爆破开挖与超欠挖精细控制设计和施工提供参考依据。

复杂环境下楼房纵向逐跨坍塌爆破技术应用

介绍了复杂环境下框剪结构楼房的纵向逐跨坍塌爆破工程实践,设计在楼房1~4层、6层和8~9层布设切口,电梯井及楼梯间的剪力墙采取“化墙为柱”的方式进行处理,通过在楼体各区间设置合理的爆破延期时间来使楼体框架各节点处产生弯矩,充分利用楼体结构间剪切、拉伸来改善楼体的解体效果,爆破后楼房按照要求倒塌,运用三维重建技术分析爆堆形态,发现爆堆占地面积为1632 m 2,与定向倾倒相比爆堆堆积的范围较小。解体效果较好的爆堆高度约8.5 m左右,与原地倒塌相比较,爆堆堆积范围相似,但破碎效果要更好。

拆除爆破技术的发展与展望

拆除爆破技术是拆除大型建(构)筑物和大型设备的主要手段,在社会和经济发展过程中发挥着重要的作用。数十年来,国内外学者对拆除爆破过程中结构的破坏和失稳机制等基础理论进行了深入研究,并研发出适应市场需求的各种拆除爆破新技术。总结叙述了近年来国内外拆除爆破技术的发展概况,并结合未来市场需求和相关学科发展的最新成果,探讨了拆除爆破理论与技术的发展方向和趋势。

落锤冲击作用下钢筋混凝土短梁响应及破坏试验研究

钢筋混凝土短梁是建构筑物的关键承力构件,为研究其在冲击荷载作用下的动力响应及破坏机制,结合应变式传感器、高速摄影、数字图像技术(DIC)等测量手段,开展了不同冲击体质量、冲击速度和冲击能量下的落锤冲击试验。结果表明:(1)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁破坏形式表现为拱形震坍裂缝和整体弯曲变形,与浅梁破坏形式有明显差异;(2)钢筋混凝土短梁跨中轴向应变由拉应变转为压应变,随着冲击能量增加(18061 J≤E≤49831 J),跨中轴向峰值拉应变、残余压应变均先增大后减小,钢筋混凝土短梁依次处于弹塑性挠曲变形、冲剪破坏模式阶段;(3)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁的裂缝萌生和扩展过程并不是单向的,裂缝多次多向扩展形成裂缝带,进而形成塑性铰,导致短梁整体破坏;(4)梁体变形程度主要取决于冲击速度而非冲击能量,具体表现相同冲击能量(30000 J)下,随着冲击速度增加(5.53 m/s≤v≤7.13 m/s),梁体跨中峰值挠度和残余挠度相应增大(26.81 mm≤w p≤29.85 mm;17.12 mm≤w r≤21.66 mm)。研究成果可为钢筋混凝土短梁的抗冲击性能设计、拆除爆破工程设计提供试验依据和机制认识。

岩体中空腔对爆炸振动的解耦效应

为分析岩体中空腔对爆炸振动的解耦效应,采用数值模拟方法,分析炸药耦合程度和岩体等级对岩体中空腔内爆炸振速解耦的影响规律。结果表明:岩体中振速随炸药耦合程度的降低而减小。数值模拟得到:Ⅰ级岩体中空腔比例半径为1.0 m/kg1/3时,岩体中各测点峰值振速与填实爆炸峰值振速之比的平均值为0.112;Ⅰ级到Ⅳ级岩体对应的爆炸振速衰减指数逐渐增大,代表振速衰减变快;坚硬完整的岩体对爆炸振速的解耦效果较好,Ⅰ级到Ⅳ级岩体对应的解耦系数中的指数分别为0.259、0.258、0.246、0.219。可为城市地下空间内偶然性爆炸效应分析和城市地下工程结构的隔振设计提供参考。

异形结构楼房纵向逐跨空中解体爆破拆除

对比异形结构楼房单切口定向爆破拆除方法,"纵向逐跨、空中解体"爆破拆除技术为城市复杂环境下异形建筑物爆破拆除提供了新的设计思路。通过高速摄影观测,发现楼房的断裂区域主要位于结构刚度高低过渡的位置和邻近支撑区的一侧,剪切、拉伸、弯矩破坏对结构整体失稳垮塌具有重要的诱导作用。采用三维模型重建技术,全方位地分析了楼房的爆堆形态,发现爆堆堆积范围是楼房占地面积的1.24~1.42倍,楼房爆破效果近似于原地倒塌。根据塌落触地振动监测结果,结合楼房纵向逐跨塌落触地的特点,单次触地质量取总质量的1/5,塌落触地振动的预测值与实测值误差仅为8.96%。

框架结构楼房逐跨向内倾倒爆破拆除

为提高爆破拆除的安全性,拓宽爆破拆除的应用范围,结合工程案例提出了框架结构楼房“逐跨向内倾倒”爆破拆除技术。通过无人机搭载夜视相机摄影观测和动力学学有限元数值模拟计算,分析了框架楼房爆破拆除倒塌运动过程与爆堆形态,研究了逐跨向内倒塌爆破拆除的技术要点。通过布置4层爆破切口,自中间向两侧逐跨延时310ms依次起爆,主动控制楼体的运动姿态,确保楼房可靠地连续倒塌,实现集中爆堆、充分解体和降低振动的目标。经研究发现:两侧楼体在倒塌过程中既有纵向运动又有横向运动,构件间的碰撞挤压几率增加,承重构件由单一的受压破坏转化为形式多样的弯剪破坏。与传统定向爆破拆除技术相比,逐跨向内倒塌爆破拆除技术在控制倒塌姿态、促进爆堆解体和削弱触地振动等方面更具优越性,为城市复杂环境下建筑物爆破拆除提供了新的设计思路。

框架结构楼房定向爆破拆除后坐控制措施及应用

框架结构楼房在定向爆破拆除时容易产生后坐现象,对后侧保护目标构成巨大威胁。结合城市复杂环境下框架结构楼房定向爆破拆除设计施工实践,对控制框架结构楼房后坐的方法进行分析和探讨,并采用LS-DYNA动力学有限元软件对方法的合理性进行数值仿真验算。实践结果表明:采用抬高爆破切口至2层,切口后排立柱不钻孔爆破的方案,可以有效防止或减少框架结构楼体后坐现象,爆破后楼体1层后部立柱均保持完好,在1层和2层连接处折断,1层前部立柱受楼体塌落冲击作用折断,楼体爆堆堆积高度与从1层爆破相比并无明显差异,爆破效果良好,并且前排底部立柱可以作为缓冲层大大消耗楼体塌落冲击的动能,削弱触地振动效应,减小塌落振动对周边环境的影响。

爆破安全管理的优化升级:从控制性管理到系统性管理

安全关系到爆破企业能否可持续发展。为了研究精细爆破条件下安全管理转型路径以及爆破公司安全管理的优化升级,基于管理目标、方法和对象的新变化,分析了系统性安全管理“三高”特征:安全对技术高度依赖;政府、社会高度参与;安全责任高度细分。结果表明:建立提出精细爆破综合评估标准体系是实现从控制性管理到系统性管理的转型的有效手段,要注重标准的遴选和稳定性,更要注重标准的研发;精心施工的条件建设要采用性能优良的设备和技术,更要注重以信任和责任为核心的企业文化建设,尤其不能忽视一线职工的心理疏导和人文关怀;系统性管理的安全管理范围更广,必须建立多主体的精细爆破组织实施模式,突出技术要素的基础性作用,突破公司单一主体,在组织领导、施工技术、综合协调和应急救援等多个环节强调责任落实的体系化。

连续梁跨江危桥应急抢险爆破拆除

结合连续梁跨江危桥应急抢险爆破拆除工程实践,具体介绍了跨江危桥的爆破拆除技术、施工组织设计和安全保障措施。通过对桥墩、T梁以及桥面各分区间设置合理的爆破延期时间,使桥梁各节点处产生倾覆力矩,实现“多米诺”骨牌式连续倒塌。充分利用有限的陆地作业平台,利用爆破技术拆除稳定段桥面结构“推倒”不稳定段桥墩,最大限度地降低作业风险,改善爆破效果。通过监测桥墩偏移位移,搭建跨江作业平台,组织渡江作业船只,顺利地完成了跨江危桥爆破拆除任务。针对不稳定状态的连续梁跨江危桥,采用爆破方法可实现安全、高效的拆除目标,可供类似工程借鉴。

新一代建造质量安全管理发展研究

建筑工程施工是一个复杂的“人–机–环”系统工程,施工过程中的质量安全管理仍面临诸多挑战,在新一代信息技术的支持下,数字孪生技术为解决工程质量安全问题、助力建筑业高质量发展、实现智能建造提供了新思路和技术手段。研究认为,在工程建造中,数字孪生技术的应用是以整个建造过程的可计算、可控制为目标,通过先进感知、计算等技术与方法应用,实现对实体工地的数字化管控。为此,基于数字孪生技术在建造质量管理中的应用需求,本文分析了数字孪生技术在工程质量安全管理方面的研究现状与存在问题,提出了涵盖面向工程质量安全控制的产品智能设计、工程质量安全状态智能感知与分析、数据驱动的工程质量安全控制、工程质量治理与动态监管的新一代工程智能质量安全管理与控制体系,从管理、技术、标准与规范3个方面提出了我国在工程建造中应用和发展数字孪生技术的对策建议。

冲击荷载下高韧性水泥基复合材料动态力学特性与微结构演化研究

为提升水泥基材料静态力学性能、抗冲击特性及为减少温室气体排放而降低水泥用量,以硅粉为矿物掺合料(掺量为10%,质量比)、钢纤维为功能组分(掺量为2%,体积比),并匹配高效减水剂(掺量为1.5%~2.0%,质量比)制备高韧性水泥基复合材料,通过准静态抗压/抗折强度、分离式霍普金森压杆试验和采用水化微量热仪、热重分析仪,分别研究了高韧性水泥基复合材料准静态/动态力学特性及其微结构演变特征。结果表明:冲击荷载下(冲击速率为0.5 MPa/s)水泥基材料典型破坏过程分为三阶段,高韧性水泥基复合材料受作用后仅出现局部浆体剥落、飞散现象,而基准组体系均发生显著破坏直至整体破碎;硅粉在10%掺量下有效提升了水泥基复合材料体系早期和后期的准静态力学性能,1 d天龄期下抗压强度和抗折强度最高可达61.4 MPa、23.9 MPa,也显著提升了动态抗压强度至123.3 MPa(28 d天龄期)。微结构演变结果表明:硅粉和减水剂复合作用下浆体水化放热速率主峰提前,且主要水化产物——氢氧化钙含量减少,降低了浆体内部氢氧化钙分布的取向性,有助于改善浆体微结构。

含单条顺层结构面岩体中爆破振动的规律

为了研究爆破地震波在含结构面岩体中的传播规律,以大冶铁矿爆破开采工程为依托,基于动力有限元数值模拟分析了深孔爆破的荷载特性,建立了坡角为50°的含单条顺层结构面岩质边坡,分别分析了采矿深度、结构面刚度和结构面倾角对坡面质点峰值振动速度分布特征的影响。结果表明:结构面的存在对爆破地震波的传播规律有显著的影响,但采矿深度的影响相对较小;结构面法向刚度的增大在一定范围内能显著提高爆破地震波的透射效应;切向刚度和结构面倾角的影响相对较复杂。

柱面SH波作用下管道的动应力集中研究

在地下工程爆破开挖过程中,爆破地震波对管道安全的影响是十分重要的。为了更好的研究柱面SH波作用下管道的动应力集中情况,以爆破地震波中的柱面SH波作为研究对象,推导了柱面SH波作用下管道内壁上动应力集中系数(DSCF)的解析解。通过宝通禅寺地下通道爆破开挖工程,讨论了归一化爆心距r^(*)和入射波频率f对DSCF的影响。结果表明,由于管道与周围土层剪切模量差异较大,管道上的动应力集中系数普遍较大;从DSCF分布的角度来讲,当r^(*)<5时,柱面波与平面波的差异较大,但当r^(*)>5时,柱面SH波基本可以认为与平面SH波等价;低频入射波对管道的安全更为显著,特别是入射波频率与管道自振频率接近时,管道受到的影响最为严重。

城市复杂环境下敞开式盾构隧道硬岩松动爆破

盾构法掘进施工中孤石和基岩侵入已成为影响掘进效率,造成掘进成本提升的重要影响因素。结合城市复杂环境下敞开式盾构隧道硬岩爆破工程实践,具体介绍了盾构隧道硬岩松动爆破参数设计选取方法和安全防护措施,并采用LS-DYNA动力学有限元软件对爆破参数合理性进行数值仿真验算。爆破效果表明:爆破后掌子面存在部分爆坑,裂隙呈龟裂状,为盾构掘进提供了良好的作业条件,有效的提高了掘进效率。相比于普通矿山法和地面钻孔法施工,松动爆破可减少隧道超挖现象,对周边结构影响较小,可实现盾构隧道安全、高效和连续掘进的目标。

中国建筑业质量安全一体化治理模式研究

在建设项目全生命周期过程中,由于质量与安全治理工作在不同主体、项目各阶段间存在割裂,项目参与方之间无法做到基于共同价值的质量安全一体化治理。现行质量安全治理模式中存在权责不明、多头监督、重复检查等弊病,这些弊病的产生和质量安全治理的割裂有密切关联,阻碍了中国建造高质量发展目标的实现。以集成管理等理论为基础,本文提出贯穿项目全生命周期的质量安全一体化治理模式,探讨了质量安全一体化治理概念内涵、特征及实施原则,在此基础上设计了质量安全一体化治理框架及流程模型。研究成果为面向中国建造高质量发展需求的质量安全一体化治理研究与实践提供理论依据,为推动相关政策措施的制定提供方向和参考。

上土下岩地层中柱面SH波的传播特性分析

为了研究爆破地震波在上土下岩地层中传播的曲率对地表振动的影响,选取爆破地震波中的柱面SH波作为研究对象,基于弹性地震波理论与积分变换方法,建立了单层、多层层状地层的刚度矩阵和动力平衡方程。并以武汉宝通寺地铁站爆破开挖为工程背景,分析了地表速度与土岩地层界面速度的比值(|v_(0)/v_(1)|)与土层厚度和震源深度等参数的关系。结果表明:上土下岩地层中,当入射波频率大于30 Hz时,土层对距震距200 m处的地表振动速度具有明显的放大作用,土层越厚,土层的放大效应越小;而随着震中距的增加,土层呈现出过滤高频波的作用;随着震源深度增加,土层的放大效应逐渐减小;当震源深度在10~15 m时,可把柱面SH波简化为平面波作用。

鄂西页岩动态压缩力学特性试验研究

为探索鄂西页岩地层隧道围岩动态压缩力学特性,采用分离式霍普金森压杆装置(SHPB),同时借助高速摄像,开展0°、30°、45°、60°和90°共5种不同层理角度(冲击加载方向与试样层理面法线的夹角)页岩试样动态冲击压缩试验,并采用不同的冲击气压进行动态加载,使试样达到不同的应变率,以研究层理角度、冲击气压及应变率对页岩动态压缩力学特性和破坏模式的影响机制。研究结果表明:不同冲击气压及应变率下,页岩动态抗压强度随着层理角度的增加,均近似呈现出“U”型的变化规律,其中层理角度为0°和90°,页岩的抗压强度相对较高,而60°层理角度的页岩抗压强度最小,随着冲击气压和应变率增加,不同层理角度页岩动态抗压强度均增加;页岩试样宏观破坏模式主要分为拉伸破坏、剪切破坏和混合破坏,不同应变率下层理角度为0°和90°试样宏观破坏模式均以拉伸破坏为主,当层理角度为30°时,试样主要宏观破坏模式随着应变率的增大,表现为“剪切破坏-混合破坏-拉伸破坏”这一转变过程,当层理角度为45°和60°时,随着应变率的增大试样的主要宏观破坏模式由剪切破坏演变为混合破坏;不同冲击气压下随着层理角度增加,页岩试样吸能比先增大后减小,在层理角度为60°时吸能比最大,此时试样破坏程度也最大,随着冲击气压和应变率增加,不同层理角度页岩试样的破碎程度均增加,且吸能比逐渐趋于一致。研究结果可为鄂西页岩地层隧道爆破破岩机理的研究以及爆破参数的精细化设计提供理论依据。

节理岩体对P波传播的影响

应力波在节理岩体中的传播规律是十分复杂的,不仅会受到岩石物理力学参数的影响,还会受到节理性质及分布特征的影响。以含平行双节理的岩体作为研究对象,采用数值模拟的方式探讨了平面P波在节理岩体中传播规律。首先,对含平行双节理的岩体进行了分析,探讨了节理刚度、归一化节理间距、节理倾角、节理刚度比对质点振速缩放系数(VSF)在节理前、节理间和节理后分布特征的影响。结果表明:对于节理岩体,节理刚度越大,平面P波的透射性越好,能量衰减的越少;在一定范围内,归一化节理间距越大,能量衰减的越多;节理倾角对不同位置的监测点的影响各不相同;不同刚度比下,对节理2附近的监测点影响较大,其余监测点基本上没有影响。