大型地下洞室开挖爆破破坏影响范围

大型地下洞室爆破开挖通常需要考虑岩体完整程度的影响。以位于四川和云南交界的金沙江上的溪洛渡水电站特大断面地下主厂房浅孔台阶开挖爆破工程为研究背景,提出考虑初始损伤影响的岩石爆破损伤模型以及和初始损伤相关且可用于确定爆破破坏影响范围的判据。建立初始损伤和岩体完整性指数之间的关系式,使得提出的本构模型能考虑岩体完整程度的影响。通过编程将提出的本构模型应用到FLAC3D软件中,进行爆破数值模拟。首先分析岩石爆破破坏影响范围特性,然后以爆破破坏最大水平半径作为爆破破坏影响范围的特征参数,分析爆破破坏最大水平半径和岩石初始损伤、单段爆破药量以及爆破质点峰值振动速度之间的关系,得到不同初始损伤条件下爆破破坏对应的临界振动速度和安全允许炸药量。最后利用现场爆破试验、钻孔声波测试和质点峰值振动速度测试的结果验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明:对于浅孔台阶爆破,水平径向爆破破坏影响范围随孔深的减小而增加,并在顶部平面达到最大值。该破坏边缘质点的峰值振动速度可作为爆破施工监测的安全判据。岩石初始损伤越大,初始损伤对爆破破坏最大水平半径的影响越显著。数值计算结果和现场试验结果较吻合。     

考虑频率影响的隧洞开挖爆破振动效应研究

在现场隧洞爆破开挖同时开展爆破振动速度测试,由试验得到各测点水平径向(指向爆心)和垂直向的最大振动速度及相应的振动主频.对试验结果进行回归分析,分别得到爆破振动最大速度和爆破振动主频的预测经验公式.结合"爆破安全规程"(GB6724-2014)中安全允许的质点振动速度和主频之间的关系,对隧洞开挖爆破振动安全进行了分析.研究结果表明,当测点与爆心距离为20～80 m时,测点水平径向最大振动速度为10.8～1.3 cm/s,水平径向主频为75～125 Hz;测点垂直向最大振动速度为8.7～1.6 cm/s,垂直向主频为72～115 Hz,爆破振动在安全允许范围内.     

城市浅埋隧道的爆破减振研究

以武汉市地铁二号线宝通寺车站过街隧道为工程背景,通过数值模拟方法研究爆破前人工开挖上导洞的施工方式对受控混凝土管道爆破振动速度的影响,以判断该种开挖方式减振的可行性。结果表明,与没有上导洞的情况相比,有上导洞时监测平面上的质点振动速度最大值降低了53.7%;两种开挖方式下,受控管道的振动速度最大值出现在不同位置,导致管道受损最严重的部位也不同。数值计算结果为爆破减振设计提供参考,保证了施工过程中地下管线的安全性。     

岩溶隧道掘进爆破震动效应分析

针对岩溶地区隧道爆破开挖对溶洞围岩和施工安全的直接影响,对广东清(远)连(州)高速公路白须公隧道救援通道爆破震动进行了监测。通过对溶洞壁的质点振动速度峰值统计分析,总结了爆破地震波在溶洞壁上的衰减规律,得出了隧道爆破对于临近溶洞的安全质点振动速度峰值。监测结果表明:隧道爆破震动中,相邻的溶洞壁径向的振动速度较小,垂直切向和纵向的振速相当;随着比例药量的减小,垂直切向和径向的振速逐渐接近。     

岩质高边坡爆破质点振动效应分析

针对凹山铁矿采场边坡生产爆破工程,利用爆破测振仪对现场爆破作用下岩体质点振动速度进行监测,得到边坡质点振动速度的衰减规律。结果表明:边坡质点振动速度随距离的增加呈指数衰减趋势,在台阶局部由于高差的存在振动速度出现放大现象。根据高程放大效应对经验公式进行二元回归分析,得到更准确的爆破振动速度预测模型,为矿山生产爆破及时调整参数,保证边坡爆破的安全施工提供了有效依据。     

隧道爆破振动对古建筑影响的试验研究

结合南京地铁四号线鼓楼站区间隧道爆破开挖工程,通过现场试验的方法,得到了适用于现场地质条件下的三个方向上的萨道夫斯基预测公式,为爆破开挖设计提供参考。结果表明:地表质点垂直方向振动速度峰值距离爆源近时,比两个水平方向振动速度峰值大,远处时则最小;且在30 m内迅速衰减。鼓楼城阙垂直方向的振动速度峰值最大,碑楼水平方向的振动速度峰值最大,振动速度峰值随着药量增加总体上呈现增加,采取微差爆破可有效减小振动速度峰值。     

超浅埋地铁站通道爆破暗挖地表振动传播特征

结合武汉市轨道交通2号线工程背景,采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对超浅埋通道下台阶爆破开挖地表振动传播规律进行研究。同时,为研究上台阶开挖空间对爆破地震波传播特征的影响,对通道全断面爆破开挖的地表振动传播规律进行数值模拟分析。研究结果表明:下台阶爆破开挖工况下,沿通道开挖导洞轴线方向,由于应力波的绕射,掌子面前方5 m处地表质点峰值振速达到最大值;垂直于通道开挖导洞轴线方向,掏槽孔孔底连心线中点正上方地表质点与爆源距离最小,但峰值振速并不是最大,且质点两侧2 m范围内,随着爆心距的增加,峰值振速不断增大。全断面爆破开挖工况下,沿通道开挖导洞轴线方向,掌子面前方2 m处地表质点峰值振速达到最大值;垂直于通道开挖导洞轴线方向,掏槽孔孔底连心线中点正上方地表质点峰值振速最大,且随着爆心距的增加,峰值振速不断减小。对比通道下台阶爆破开挖和全断面爆破开挖2种工况下地表质点振动特征,上台阶开挖空间的存在阻隔了应力波的传播,在一定空间范围内影响爆破地震波的传播特征,能够有效降低地表质点峰值振速。     

减震孔在小间距隧道爆破开挖中的降振效应

为降低小间距隧道爆破开挖中爆破振动对既有隧道产生的影响,确保其正常运营,设置减震孔是一种有效的控爆措施。利用ANSYS/LS DYNA软件对减震孔在不同布置位置和形式的掏槽爆破进行数值模拟计算,发现:在传播方向上,随着减震孔与爆源距离L的增大,质点水平方向峰值振动速度和质点峰值振动速度先减小后增大,而质点垂直方向峰值振动速度相反。当距离L为1 m时,布置双排梅花形减震孔效果最好,减振效率为10%～20%,其中垂直方向减振效率最高达到45%,并将小间距既有隧道中墙体迎爆侧破坏作为安全评价基准。通过理论计算得出减震孔在隧道爆破中的衰减规律,为爆破振动强度的预测提供依据。     

层状岩体中近邻双线隧道爆破的振动响应研究

近邻双线隧道爆破开挖时，为了避免新建隧道爆破施工产生的地震波危夏既有隧道的安全和稳定。基于数值模拟和现场试验，分析了层状岩体中采用钻爆法修建近距离双绒隧道的爆破振动响应．结果分析表明，对于既有隧道，迎爆面侧墙处的振动速度和反射拉应力最大，而且振动速度具有很强的方向效应，隧道径向振动速度大于切向振动速度，其规律与现场爆破试验结果有较好的一致性．将爆破对新建隧道本身围岩的振动损伤度和对相邻隧道的振动影响结合起来综合考虑，提出了层状岩体隧道爆破施工中减轻振动的几种措施。并对隧道爆破参数进行了优化．图7，表4，参8．     

罗沙隧道洞口爆破振动研究

以罗沙隧道为研究背景,进行了高地应力下硬岩隧道洞口爆破开挖振动监测试验。对振动数据进行了归一化处理,得到了关于硬岩隧道洞口爆破振动的萨氏经验公式;为爆破开挖设计优化提供了参考价值。在爆破振动速度研究中,爆破振动速度的最大水平径向分量大于最大水平切向分量,最大水平切向分量又大于最大垂直分量,与软岩隧道得到的规律是相反的。达到洞口位置时,爆破振动速度呈现出明显的增加,坡表表面呈现出明显的振动放大效应,这与在软岩隧道中得到的规律是一致的。     

龙滩水电站地下洞室群围岩变形与稳定性的二维弹塑性分析

龙滩水电站是红水河陡倾角层状结构岩体;两者的耦合作用,使洞室群围岩的稳定性,特别是主厂房与调压井的高边墙、洞室交叉口部位的变形稳定性尤显复杂,倍受关注.本文通过对龙滩工程厂房区地质调查,结合洞群结构分析,建立了工程地质概化模型,采用二维弹塑性有限元对地下厂房洞室群的施工开挖进行模拟,对比分析了多种不同条件下的洞室群开挖变形、应力以及屈服区的分布特征,获得了一些有益于指导施工的结果.     

土岩复合地层条件下爆破振速衰减模型优选

随着城市化进程的加快,地下工程建设日益增多,爆破施工是较常见的一种施工工法,对周围建筑物和已有线路的影响较大.爆破药量、爆心距和高程差等因素的不同都会使爆破振速产生较大的差异,造成不可挽回的影响.为了优选更合理的爆破振速衰减模型对预测爆破振动效应,以青岛地铁某线施工为背景,采用多段爆破的爆破方式,设置多个监测点记录爆破振速,对比分析不同爆破振速预测模型效果和适用性,并在此基础上进行模型优化.结果表明:爆破振动在地面传播过程中空洞效应的影响较大;爆破振动效应是多种因素综合作用的结果,模型涉及因素越多,则爆破振速预测模型的结果与实测值越接近;根据空洞效应建立的分段预测模型能有效地预测爆破振动在地面的衰减规律,可被类似工程借鉴.面对复杂的爆破施工场地,应根据条件进行爆破振速衰减模型的选择.     

上下交叉隧道爆破振动特性研究

上下交叉隧道爆破开挖过程中,确保已开挖隧道在爆破载荷作用下的安全是施工过程中的关键问题.以八达岭长城站隧道工程为背景,对进站层主通道爆破开挖进行爆破振动监测,得到了开挖断面在接近和远离监测点的过程中,各监测点的振速分布规律;对实测波形进行频谱分析,得到了不同频率范围的能量分布及不同时刻的瞬时能量.运用LS-DYNA程序建立上下交叉隧道有限元模型,提取了各监测单元的速度时程曲线及等效应力时程曲线.结果表明:各单元振速分布规律与实测振速分布规律相吻合;各单元的等效应力值小于岩体的拉伸屈服强度,未对隧道岩体造成破坏.结合数值计算结果,依据等效应力判据确定了保证已开挖隧道安全的质点临界振动速度,为上部隧道开挖对下部隧道的爆破扰动控制提供了理论依据.      

汽车行驶震动对浅埋暗挖施工的影响

城市浅埋暗挖法常应用于繁华地带道路下修建人防地下商业街和过街通道等地下工程.这类工程顶板距离地表一般比较浅,道路上汽车行驶震动将对浅埋暗挖施工造成较大的影响.利用ANSYS进行数值模拟定性地分析了行车震动在人防工程水平和竖直方向的传播规律,结合洛阳市纱厂南路浅埋暗挖工程进行震动参数测试,获取了道路下钢筋混凝土结构水平和竖直方向的加速度,研究了行车震动在钢筋混凝土结构中的传播规律以及对浅埋暗挖施工的影响.结果 表明:在水平方向上,从跨中至两侧,加速度值逐渐减小;在竖直方向上,由上至下,加速度值呈线性减小规律;有汽车通过时加速度值是无汽车通过时的1.48～5.33倍,路面汽车行驶对道路下浅埋暗挖土方开挖的不利影响比较明显.     

模型试验单孔爆破振动信号时频分析

以地下工程常见的直墙半圆拱形硐室为原型,借助胶结砂相似材料开展单孔爆破相似模型试验,并监测爆破过程中相似模型试件顶面的爆破振动信号,随后采用HHT法对3个方向爆破振动信号的时频特征进行分析。爆破振动监测表明,在3个方向爆破振动信号中,竖向爆破振动峰值最大,水平径向次之,水平切向最小。3个方向爆破振动信号IMF分量能量分布表明,爆破振动信号优势能量集中分布于主振频率所在的几个IMF分量。HHT分析表明,3个方向爆破振动信号集中分布在0.03~0.07 s时域内;爆破振动信号频域成分丰富,但其在频域内分布不均匀;对于水平径向,爆破振动信号集中分布在111~312 Hz频域内;水平切向集中分布在171~323 Hz频域内;竖向则集中分布在128~209 Hz频域内。     

某地下厂房围岩喷锚支护效果的大变形数值分析

采用三维有限差分法对某水电站的地下厂房分级开挖过程进行仿真模拟，研究了采用喷锚支护和无支护条件下围岩应力场、位移场及破坏区的分布规律。结果表明：对围岩采取喷锚支护措施将优化围岩应力分布、限制围岩变形及破坏区分布，有效提高开挖过程中的围岩稳定性。     

地下厂房施工开挖过程的三维数值仿真分析

采用三维非线性有限元方法对某电站地下厂房主洞室施工开挖过程进行数值模拟计算,数值仿真采用ANSYS软件,主要内容包括:施工开挖过程的数值模拟、有限元计算、位移分析、应力分析、屈服区分析和稳定性分析等.基于计算成果,研究地下厂房开挖过程中洞室围岩及岩锚吊车梁的变形状态、应力状态、屈服区分布以及整体稳定性,指出了在设计、施工中的注意事项,为后续施工提供参考.     

高地应力下双江口地下厂房围岩破坏特征及影响因素分析

双江口水电站作为大渡河流域水电梯级开发的上游控制性重点水库工程,受深山峡谷地域条件影响,地下厂房存在埋深大且地应力高的工程特点。以主厂房为研究对象,统计归纳了爆破开挖中现场围岩变形及破坏特征,并阐释了高地应力条件下岩体破坏机制及影响因素。研究结果表明,双江口水电站地下厂房爆破开挖过程中围岩主要发生板裂、板片状破裂、V型破裂以及应力与结构协同作用破坏四种主要类型。其中,板状破裂主要发育在边墙、顶拱及掌子面;板片状破裂和V型破裂主要发育在拱肩部位,破裂深度一般大于40 cm;应力与结构协同破坏围绕断层或节理聚集区,破坏规模不等且可预见性较差。     

城市浅埋隧道爆破原理

城市隧道以浅埋居多,对于岩石隧道掘进当前以钻爆法为主.城区浅埋隧道爆破区别于普通的山岭隧道体现在三个方面.一是,浅埋隧道本身的围岩分布在Ⅳ～Ⅵ级,爆破对围岩的扰动大.二是,城区需要保护的房屋类型多、地下管线复杂.三是居民对爆破振动承受能力弱,常常出现“爆破扰民”与“民扰爆破”现象.该文以大连地铁的浅埋隧道爆破施工为背景,分析柱状装药爆破理论,减轻爆破对围岩的破坏;给出了更人性化的爆破振动速度控制指标,尤其对地下管线给定爆破振动控制指标.为实现爆破振动控制,综合利用孔内外毫秒微差延时爆破技术,并对爆破振动测试给出布点依据.所有这些对城市浅埋隧道爆破原理进行系统阐述,对未来城市轨道交通建设有指导意义.     

基于损伤的黏聚力弱化-摩擦角强化模型对大型地下洞室群围岩稳定性的影响

岩体的峰后强度对大型地下洞室群围岩开挖变形稳定具有较大影响.针对此问题,采用基于损伤的黏聚力弱化-摩擦角强化(cohesion weakening and friction strengthening,CWFS)模型并以动态链接库(dynamic link library,DLL)的形式植入FLAC3D程序中,针对依托工程的大型地下洞室群围岩开挖稳定性,开展考虑围岩开挖损伤和不考虑损伤的开挖全过程模拟.通过分析围岩的变形、应力、塑性区与损伤区的规律及其与现场监测数据的对比,研究开挖损伤对围岩稳定性的影响.结果表明:考虑围岩开挖损伤相对于不考虑损伤时,围岩应力释放程度较高,不利于地下洞室群的稳定;围岩塑性区和变形在主厂房顶拱与边墙等区域增加至1.5～2.0倍.CWFS模型能有效反映围岩塑性屈服的诱因,即损伤系数在0.5～1.0范围内为开挖卸荷导致的屈服,损伤系数在0～0.5范围内为开挖损伤导致的屈服;采用该模型得到的围岩开挖变形在量值上与采用多点位移计得到的现场监测值相近,变化趋势基本相同,不考虑围岩开挖损伤时得到分析结果相对于实际工程偏危险.