小净距上下交叉隧道爆破振动效应数值模拟

结合改建铁路六盘水至沾益段新建扒挪块隧道以17．5°交角跨越营业线贵昆铁路狮子口隧道的小净距控爆施工,通过对新建隧道施工时产生的爆破振动进行数值模拟与分析,研究爆破振动对既有隧道的影响,计算得到既有隧道质点振动速度以及混凝土衬砌的应力分布,参考实际爆破振动速度,反算得到爆破控制参数,确保了既有铁路的安全运营。     

爆破作用下既有隧道振动特性数值分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件,分析上方开挖爆破振动作用下既有隧道的振动特性。为了使数值模拟能够真正反映实际情况,本文采用更精确的爆炸模拟方法:利用状态方程模拟爆炸过程中压力与体积的关系,并采用ALE方法模拟炸药与被爆破结构之间的关系。数值分析结果表明:隧道拱顶处质点竖向峰值振速为水平峰值振速的1.5倍;拱脚与直墙交接处质点竖向峰值振速为水平峰值振速的0.76倍;直墙底处质点竖向峰值振速为水平峰值振速的1.1倍;峰值振速均满足爆破安全规程要求,围岩应力小于屈服强度。已有试验结果及数值计算验证了本次数值模拟结果可信。     

坡形浅埋隧道爆破振动效应及理论模型验证

为研究位于边坡地形和浅埋土岩复合地层条件下的山岭隧道施工爆破振动效应和振动影响范围,验证并获得准确适用的振速理论模型,以国道317线下穿县城密集区的德格隧道为依托,利用现场爆破振动监测和回归分析对4组常用理论模型进行验证,同时,通过三维数值模拟及与理论模型计算、现场实测结果的比较,围绕爆破振速、振动影响范围以及存在的爆破振动效应进行分析. 研究结果表明:4组常见理论模型计算拟合度在0.15～0.86之间,其中,唐海、朱传统和周同龄理论模型公式对应不同爆心水平距离、高程差时各有优势;理论模型计算得到的爆破振动影响范围比数值计算结果更接近现场实测结果;在隧道成洞区28 m范围内爆破施工引起的“空洞效应”明显,地表垂向最大振速由起爆点处的1.98 cm/s增大到了2.23 cm/s;爆心所在横切面内顺坡向一侧距离开挖中线10～20 m范围坡面上“边坡效应”显著,最大垂向振速达1.83 cm/s之后随爆心距增大而线性减小;在逆坡向一侧5～10 m范围内随高程增加将出现“高程放大效应”,因此,上述范围内的地表建筑应作为现场监测重点并做好防震措施.      

爆破地震波作用下隧道衬砌结构动力响应研究

以地表爆破为振动源,通过控制不同的炸药量和爆心距来模拟不同强度的地震波,并利用工程地震仪实测振动源附近的隧道衬砌结构的动力响应,通过滤波和分离处理得到代表性的速度时程曲线;通过建立数值模型并加载监测到的速度时程曲线,以此来模拟爆破地震波对隧道衬砌不同断面不同部位的动力作用,并来探讨爆破地震对邻近隧道的影响范围和作用方式。     

隧道爆破开挖对既有水工隧道变形的影响

以凤潭隧道为背景,基于有限元软件ABAQUS,从隧道监测点位移、振动速度的角度出发,进行邻近小净距隧道爆破开挖对既有水工隧道变形影响过程的三维数值分析。结果表明:左右导洞爆破相较于单导洞爆破对既有水工隧道衬砌拱顶的影响更大,爆破荷载峰值对于既有水工隧道位移及质点震动速度存在较大影响;水工隧道正上方起爆所引起的衬砌拱顶位移更大,爆破导洞的位置对于既有水工隧道位移及质点震动速度存在影响。     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.     

三洞并行盾构隧道开挖引起的地表沉降研究

针对三洞隧道开挖引起的地表沉降规律，以南通轨道交通1号线孩-环区间盾构隧道工程为依托工程，采用现场数据监测、理论分析和数值模拟，研究了三洞并行盾构隧道施工对地表沉降规律的影响。研究结果表明：提出一种计算三洞并行隧道开挖地表沉降曲线的“三阶段分析法”，综合比较“三阶段分析法”得到的沉降预测曲线、现场沉降实测数据的拟合曲线及数值模拟的沉降计算曲线可知，提出的“三阶段分析法”和数值模拟方法均能较好地反映三洞并行盾构隧道的真实施工情况。     

大断面公路隧道施工控制爆破技术研究

龙头山隧道为双洞八车道公路隧道,单洞开挖面积达218 m2,为控制施工爆破对隧道掌子面后方支护结构、邻近隧道支护结构及附近油库结构的影响,施工采用中导洞超前后上台阶扩挖、下台阶分左右两部先后开挖的方法,采用控制爆破技术达到减震效果.首先对爆破振动速度进行大量的现场实测,得到测点振速的时程曲线,进而进行回归分析得到M,A萨道夫斯基公式中的k,α值,由此可计算出在允许速度下的最大装药量.此外,为掌握振动波传播的规律,采用三维数值方法模拟爆破过程,所得规律与实测规律基本相同.在此基础上优化爆破参数,实践证明效果良好.     

大跨公路连拱隧道安全控制爆破研究

针对隧道开挖爆破施工安全及爆破振动对围岩和支护结构稳定性影响的问题,以温州绕城高速公路北线陈家桥大跨度连拱隧道开挖爆破施工为例,开展安全控制爆破研究工作.从钻爆预设计着手,建立了爆破安全控制流程和数值计算模型,并结合震动实测分析和反馈对隧道开挖爆破进行了安全控制,有效地指导了隧道开挖,减少了爆破对围岩及已有支护结构的扰动,确保了隧道工程的施工安全和质量.     

列车运行引起的地面振动衰减分析

针对现有理论方法不能预测远距离地面振动的不足,对《动力机器基础设计规范》的地面振动衰减公式的参数进行适当调整,使其可用于预测铁路产生的地面振动衰减．计算了距铁路轨道中心50,100,200,400,500和1000m等不同测点处的地面振动,并与实测资料作了对比分析;首次预测并对比分析了列车运行引起的1000m远距离处地面振动传播与衰减．分析结果表明：调整后的《动力机器基础设计规范》公式可以预测铁路引起的远距离地面振动;由于实测加速度对比资料较少,因此,目前该公式仅推荐计算铁路的地面振动位移幅值和速度幅值．     

地铁列车引起的振动对西安钟楼的影响

以西安地铁2号线6、号线通过钟楼工程为背景,针对铺设浮置板轨道和采取隔离桩两种减振措施,分6种工况分析了地铁2号线及6号线运营对钟楼结构的振动影响,预测了减振隔振措施的效果,并分别对不同工况进行三维动力有限元数值模拟.结果表明：不采取减振措施时,地铁振动会对钟楼造成影响;采用浮置板轨道对地表振动有明显改善;采用隔离桩对减少地表振动效果并不明显.     

地震作用下特大型桥梁嵌岩桩基础动力响应

依托铺前大桥实体工程, 基于人工质量模型和桩-土惯性相互作用机理, 通过振动台模型试验, 选用叠层剪切式模型箱, 模拟了自由场在地震作用下的振动反应, 分析了0.15g ~0.60g (g为重力加速度) 地震动强度下大直径桥梁嵌岩桩基础加速度、相对位移、弯矩等响应特性和损伤情况等。研究结果表明: 桩基础加速度峰值从桩底至桩顶呈增大趋势, 加速度放大系数随地震动强度的增大逐渐减小, 输入地震波为0.55g 时, 桩顶加速度放大系数趋于稳定值1.34;桩顶加速度时程响应频率低于桩底加速度时程响应频率, 上部覆盖层对地震波的放大作用和滤波效应明显; 随着地震动强度的增大, 桩顶相对位移峰值近似呈线性增大, 在0.15g ~0.60g 地震动强度下, 桩顶相对位移峰值变化范围为1.97~6.73mm; 桩基础弯矩沿桩长呈“3”字形变化, 上部软硬土层分界处和基岩面附近弯矩达到峰值, 并随地震动强度的增大而增大, 地震动强度为0.50g 时达190.9kN·m, 超过桩身抗弯承载力; 桩基础基频随地震动强度的增大呈整体降低趋势, 在0.50g 地震动强度下, 其基频较0.35g 地震动强度下低50.1%, 桩基础产生损伤; 桩顶与承台连接处、上部覆盖软硬土层界面和基岩面附近桩身在地震作用下易产生裂缝, 桥梁桩基础抗震设计时应着重考虑。      

波流联合作用下隔水套管的涡激非线性振动

考虑流及波流联合作用,研究了套管的涡激非线性振动.将套管简化为梁模型,计及莫里森非线性流体动力和涡激荷载,建立套管的涡激振动方程.采用克雷洛夫函数求解套管的固有频率和模态,提出了计算涡激非线性动力响应的迦辽金方法.以东海勘探3号钻井隔水套管为例,研究了流引起的主共振和波流联合引起的组合共振.计算结果表明:流对套管的动力响应占主导地位,而波的影响不大.分析了前四阶模态、升力系数、流体阻尼系数对套管动力响应的影响.揭示了波流联合激励下套管复杂的动力响应特性.     

Vibration Superposition in Tunnel Blasting with Millisecond Delay

According to explosion dynamics and elastic wave theory,the models of particle vibration velocity for simultaneous blasting and millisecond blasting are built.In the models,influential factors such as delay interval and charge quantity,are considered.The calculated vibration velocity is compared with the field test results,which shows that the theoretical values are close to the experimental ones.Meanwhile,the particle vibration velocity decreases quickly with time due to the damping of rock mass and has a harmonic motion,and the particle vibration velocity of millisecond blasting has short interval.The superposition of particle vibration velocities may reduce vibration because of wave interference,or magnify the surrounding rock response to the blasting-induced vibration.     

Wind pressure distribution and wind-induced dynamic response for spatial groined latticed vaults

The wind pressure distribution and wind-induced vibration responses of long-span spatial groined latticed vaults (SGLVs) were numerically simulated, which always are ones of the most important problems in the structural wind resistance design. Incompressible visco-fluid model was introduced, and the standard k-εtwo equation model and semi-implicit method for pressure linked equation (SIMPLE) were used to describe the flow turbulence. Furthermore, the structural dynamic equation was set up, which is solved by Newmark-β method. And several sort of wind-induced vibration coefficients such as the wind-induced vibration coefficient corresponding to the nodal displacement responses and wind loads were suggested. In the numerical simulation where the SGLV consisting of the cylindrical sectors with different curved surface was chosen as the example,the influence on the relative wind pressure distribution and structural wind-induced vibration responses of the closed or open SGLV caused by such parameters as the number of cylindrical sectors, structural curvature and the ratio of rise to span was investigated. Finally, some useful conclusions on the local wind pressure distribution on the structural surface and the wind-induced vibration coefficients of SGLV were developed.     

爆破震动对路堑边坡的数值模拟

开挖爆破是山区路堑边坡的常用施工方法,爆破开挖会对周围边坡造成严重危害,因此有必要研究爆破震动波对既有边坡的影响。市政规范规定50 m为铁路保护范围,该范围内禁止爆破施工,200 m范围内为控制性爆破范围。选取振速接近1.5 cm／s的实测爆破震动波,对工程实例场平边坡进行数值模拟。由于边坡距北侧现状渝怀铁路50 m ,在对地块进行场平开挖时,需采取控制性爆破施工,文中模拟爆破震动对该边坡的影响。结果显示：U X位移主要集中在坡面坡脚位置,UY位移从上至下呈依次减小趋势;应力分布从上至下逐渐增大,最大应力集中在坡底处;加速度时程曲线坡顶波动最为激烈,坡脚次之。本次模拟采用的炸药用药量对该边坡基本不造成危害。     

强夯施工对环境振动的影响分析

利用强夯法加固软弱地基时,其夯击能将以波的形式向外扩散,进而导致周围环境的振动.本文以半无限弹性体理论为基础,考察了瑞利波的径向振动量和竖向振动量沿地基深度的衰减特性,认为竖向振动量是引发环境安全的主要因素;通过现场实测,研究了强夯引起的自由场地地面振动加速度及振动速度随距离的衰减规律,并对隔振沟的隔振效果进行了测试研究.     

地铁隧道开挖方式对环境的影响及控制

为探讨复杂断面施工条件下采用钻爆法时产生的爆破振动对城市环境的影响,遵循城市地铁施工对地表和建筑物的影响必须满足振动、变形和应力控制标准的原则,以某工程为例,用FLAC3D对不同开挖方法的爆破振动效应进行了数值分析,并与现场实测振动速度进行了比较.结果表明,在该工程的特定条件下,机械和钻爆相结合的开挖方法对环境的影响较小.      

朝东岩隧道爆破掘进中围岩振动测试与分析

通过对朝东岩公路隧道爆破掘进过程中围岩振动的测试和数据分析 ,结果表明在隧道爆破掘进过程中 ,采用分段控制爆破在围岩中产生振动效应并不随同时起爆的装药量成正比增长 ,振动最大的是掏槽爆破 .不同围岩类别的应力波衰减规律有明显的差异 ,且均可用萨道夫斯基经验公式较好地模拟 .同时在围岩内应力波的频率有明显的变化规律 .实际施工爆破方案优越于理论爆破方案