多孔微差爆破下岩石损伤演化规律研究

目前山岭隧道开挖中大多数采用钻爆法,但爆破施工时难免会出现超欠挖、围岩损伤破坏严重等现象,直接影响施工安全。通过建立本构模型和有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对不同节理裂隙角度下的爆生裂纹规律以及逐孔起爆、间隔起爆两种起爆顺序和不同微差间隔时间下岩石损伤演化规律进行研究,得出当节理裂隙与炮孔中心连线成60°～90°夹角时岩体破碎效果较差,当节理裂隙与炮孔中心连线成45°时岩体破碎效果最好;间隔起爆下中间孔先起爆的爆生裂纹扩展长度分布较为均匀,可将其应用于辅助眼处,以便于岩石破碎以及减少大块率,为实际隧道工程提供了技术参考。     

金牛山隧道下穿高速公路爆破振动研究

以新建铁路三标段的金牛山隧道下穿高速公路施工中的爆破控制为背景,采用UDEC数值模拟方法研究爆破施工对既有结构物的影响规律。结合施工现场地表振动监测,模拟计算结果与实际监测数据基本一致,验证了UDEC模拟浅埋隧道爆破荷载作用下地表振动规律的有效性和正确性。模拟表明,在围岩条件、节理性质、爆破荷载均不改变的情况下,节理方向对最大振速影响明显,当节理方向为30°～70°时,爆破减振效果最好。同时,根据垂直振动速度和水平振动速度随爆源距离的衰减规律,提出了针对本工程的监测方案,对金牛山隧道成功下穿高速公路提供了有效指导。     

裂隙岩体隧道爆破设计方法及应用

钻爆法开挖是隧道工程开挖的重要方法之一,且天然岩体中赋存大量节理裂隙,会对隧道爆破质量产生严重的影响,目前隧道爆破设计方法仍以经验法为主,且缺乏对节理裂隙的考虑。本文通过使用新型地质扫描仪进行裂隙确定并研究了裂隙岩体隧道爆破设计方法,包括炮孔布置、装药量计算、起爆方式选择等方面,并以华家山隧道DK142+201.3上台阶为试验断面进行现场应用,验证了设计方法的可行性和有效性。现场测试结果表明,本文提出的裂隙岩体隧道爆破设计方法可以提高爆破效果,降低爆破对周围环境的影响,为类似工程提供参考。     

FLAC 3D在越岭隧道涌水分析中的应用

研究目的:以往的隧道涌水分析中,通常未考虑隧道开挖对应力分布再平衡的影响,而应力集中段落往往节理裂隙发育,也是地下水运移的主要通道,易发生隧道涌水现象。本文采用数值分析方法对隧道开挖后的应力变化进行模拟,确定新的应力集中位置,判断开挖后可能涌水位置,为隧道涌水分析及工程措施选用提供设计依据。研究结论:(1)在采用物探方法确定隧道涌水高危段落的基础上,利用FLAC 3D软件对隧道开挖后应力重新分布情况进行数值模拟,结果发现:断层破碎带和褶皱背斜部分对隧道围岩应力分布和位移变化有很大影响;(2)通过隧道围岩应力分布和位移变化分析,确定了DK 121+070和DK 121+300段附近为隧道开挖后应力集中位置,可能发生突水、涌水灾害,数值模拟涌水位置与实际开挖后涌水位置吻合;(3)本研究成果为隧道涌水高危段落的划分提供了一种新思路,为隧道涌水量分析及工作措施选用提供了设计依据。     

非共面组合节理剪切破坏特征研究

为探究非共面组合节理在剪切荷载作用下的破坏规律,利用室内试验和数值计算的方法建立不同夹角的组合节理试样和数值模型,并进行相同荷载和剪切速率的测试。以试验和数值相结合的方法,对不同夹角的节理剪切结果、剪切应力曲线和微裂隙进行对比分析。同时对微裂隙产生过程、不同试样的组合节理夹角与其峰值和残余剪应力的关系分别进行分析。研究结果表明:相邻组合节理的贯通方式与组合节理的夹角有关,当夹角小于或等于90°时,相邻组合节理的贯通遵循就近原则;当夹角大于90°时,贯通裂纹右侧终端由组合节理交叉点向下移动并最终到达下部尖端;随着夹角的增大,产生微裂隙的破坏方式由剪切破坏为主逐渐转为由拉剪破坏为主,并且,对于夹角较大的组合节理贯通之后,会产生以张拉破坏为主的次生裂纹;剪应力曲线的峰值与残余值呈负相关,峰值剪应力与组合节理夹角呈正相关而残余应力与之呈负相关。     

软弱夹层对隧道光面爆破效果影响机理研究

以一实际隧道为工程依托,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟方法,针对含软弱夹层围岩隧道光面爆破成型效果问题开展研究。根据软弱夹层与隧道光爆层的相对位置关系,对软弱夹层的空间分布形态特征进行归类和概化处理,提出一种适用于分析软弱夹层影响下光爆层爆破成型效果的概化模型;开展软弱夹层对隧道爆破成型效果影响的多工况数值计算,分别从爆炸应力波的传播及爆生气体的楔入2个方面探讨软弱夹层对隧道爆破成型效果的影响机理,推演得到不同软弱夹层赋存状态下隧道爆破成型轮廓分布图式;结合工程实际施工情况,提出软弱夹层条件下隧道超欠挖爆破控制措施并进行爆破试验验证。结果表明,推演的软弱夹层条件下爆破成型与实际吻合较好;爆破参数调整后,隧道爆破成型效果理想。     

隧道下穿运营机场跑道的爆破振动安全判据研究

以我国第一座采用钻爆法下穿运营机场跑道的隧道恩施金凤大道许家坪隧道工程为依托,开展对机场跑道的爆破动力安全判据的研究。首先基于应力波传播理论及极限拉应力准则,对爆炸应力波传播至机场跑道上表面(即自由面)处发生的反射进行理论分析,建立基于混凝土跑道结构安全的爆破振动速度判据模型,并提出跑道的爆破振动速度安全阈值;同时,基于数值模拟,从统计角度建立拉应力峰值与质点振动速度峰值之间的函数关系,求解得到机场跑道的爆破振动速度安全阈值。最后,将理论分析结果、数值计算分析与《爆破安全规程》进行对比分析,最终确定机场跑道的爆破振动速度安全判据,为在隧道下穿机场跑道爆破施工提供了依据。     

大帽山隧道微震爆破控制技术

为了解决大断面、小净距隧道爆破施工对既有隧道的震动影响,采用微震控制爆破,有效控制了震动速度,确保新建隧道施工过程中既有隧道正常运营。详细介绍了大帽山新建隧道钻爆施工的设计、爆破控制、振动监测等内容:采取楔形掏槽、孔内外延期非电微差起爆技术,严格控制最大一段起爆药量等措施,爆破达到了预期效果,可为类似工程提供参考。     

隧道爆破振动控制技术研究

研究目的:复杂环境下浅埋隧道钻爆施工的爆破振动问题最为敏感,工程实践中需要既能实现快速掘进又能降低敏感区段爆破振动的爆破技术。研究结论:结合开元寺隧道和杭州引水隧洞钻爆掘进中的爆破振动测试和分析,发现这两个埋深25 m左右的隧道掘进中,掏槽爆破产生的地表振动最为强烈。试验证明采用多级复式楔形掏槽可以有效降低爆破振动,同时利用高精度延时雷管或数码电子雷管调整掏槽爆破起爆时差,可以实现振动波错峰减振,并能改善掏槽效果,提高炮孔利用率。爆破试验过程中配合爆破振动监测,不断调整和优化掏槽爆破方案,最终顺利通过隧道浅埋振动敏感区,而且平均单炮进尺在3 m左右,地表爆破振动控制在1.5～2.5 cm/s。达到保证安全的前提下实现快速钻爆施工。     

大面积深孔楔形掏槽爆破技术在终南山隧道的应用

主要介绍终南山隧道在中、硬岩爆破施工中 ,为改善爆破效果、加快隧道掘进速度 ,在传统的楔形掏槽技术基础上 ,采用大面积深孔楔形掏槽技术 ,炮眼利用率达到 95 %以上 ,光爆效果达到优良标准     

深孔楔形掏槽爆破技术在隧道掘进中的应用

通过横南线弯山隧道和朔黄线长梁山隧道工程施工实例 ,着重介绍利用钻孔台车实施深孔楔形掏槽爆破技术 ,其中涉及到掏槽眼布置、装药结构、起爆顺序及工程效果     

轮轨高频瞬态冲击下钢轨螺栓孔棱边受力分析

为研究螺栓孔在轮轨接触应力场作用下的棱边应力分布规律及受力特性，建立带有螺栓孔的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型，研究列车牵引、制动及钢轨擦伤所致高频激励下车轮动载对螺栓孔棱边应力峰值及分布规律的影响。结果表明：擦伤位置是影响螺栓孔棱边受力特性及应力分布规律的关键因素；轨面擦伤可激发高频附加动力冲击作用，螺栓孔斜向棱边Mises应力峰值随运营速度的提升而显著增加，轨面擦伤使斜向棱边方向螺栓孔应力集中效应显著加剧；列车牵引状态加剧了螺栓孔45°、225°方向棱边应力集中效应，而制动状态加剧了螺栓孔135°和315°方向棱边应力集中效应。     

浅埋不良地质条件下小净距隧道掘进与减振爆破技术研究

研究目的:研究重庆轻轨新郑区间浅埋、上软下硬地层、软弱夹层岩柱等不良条件下小净距隧道掘进和爆破减振技术,保证围岩与支护结构的稳定性、光爆良好效果和地下管线安全。研究结论:(1)洞口回填松软土层浅埋地段采用超前大管棚支护,并对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ四种围岩段,采用正三台阶、正二台阶预留核心土、正二台阶及全断面开挖方式,配合采用光爆技术,适合浅埋不良地质条件下双隧道净距仅5.8 m情况下小净距隧道修建;(2)小净距隧道爆破中掏槽孔爆破产生的振动强度最大,通过对不同地质段采取预裂光面爆破和预留光爆层爆破两种方法,掏槽眼分别采取五梅花中空直眼掏槽及斜眼掏槽方法,实测地面测点振速1.8 cm/s,相邻洞内边墙衬砌振速11.02 cm/s,爆破振速满足规程要求,且确保了光爆效果,减振爆破技术可行。     

隧道分区爆破振动传播规律试验研究

在重庆枢纽联络线隧道掘进过程中,将隧道掌子面划分为掏槽区、辅助区和周边区分别进行爆破,并对不同区域爆破开挖引起的振动进行了监测与分析。结果表明:隧道爆破的最大振动出现在掏槽部位,采用分部开挖方式和在掏槽区设置大直径空孔可有效降低爆破振动;隧道掌子面爆破区域不同,振动衰减参数也不同,振动衰减系数K随着开挖区域的增大而逐渐减小,振动衰减指数α由地质条件决定,基本保持不变,辅助区K为掏槽区的0.50~0.67倍,周边区K为掏槽区的0.25~0.33倍;重庆地区隧道分部开挖时,K可按掏槽区110~120、辅助区60~80、周边区30~40取值,α可按掏槽区1.5、辅助区和周边区1.6取值。     

逆断层隧道掘进过程中瓦斯数值模拟研究

断层是影响隧道掘进过程安全性的重要因素,其煤岩完整性的破坏致使瓦斯运移条件发生了变化。为研究逆断层隧道掘进过程中岩石的动态破坏过程和煤岩瓦斯的渗流-应力-损伤耦合作用,结合兴隆坪隧道的实际地质资料,建立了数值计算模型。利用RFPA2D-GasFlow软件,模拟了瓦斯压力为2.0 MPa工况下隧道掘进过程中断层破碎带附近岩体的应力分布特征。其模拟结果将瓦斯突出破坏过程分应力增加阶段、断层破裂阶段和应力致使瓦斯突出阶段,得到了瓦斯流量等值线分布的变化规律。指出了逆断层下盘隧道掘进临近断层过程中,断层活化及裂隙贯通区是瓦斯突出危险时刻,并对隧道掘进过程致使煤岩体损伤-破坏-裂隙贯通-瓦斯突出全过程进行了分析。     

城区浅埋公路隧道敏感地段爆破掘进技术

开元寺隧道浅埋段采用多级复式楔形掏槽,减小爆破夹制作用力,显著降低了爆破振动峰值;同时利用高精度孔外毫秒延时雷管实现振动错峰,避免振动峰值叠加。在爆破过程中配合振动监测,不断调整和优化爆破方案。最终以平均单炮进尺3.3m、隧道上方地表振动不超过3cms的爆破效果,通过了浅埋20m深的振动敏感区。     

小间距并行隧道施工爆破振动控制技术试验研究

为了有效控制小间距并行隧道爆破产生的振动对既有隧道的影响,开展了普通导爆管雷管起爆和数码电子雷管起爆的现场对比试验研究。试验结果表明:普通导爆管雷管起爆3组试验中,掏槽处爆破产生的振动速度均最大,将各测点掏槽处爆破产生的振动速度进行拟合回归,得到三洞分离区间既有隧道迎爆侧洞壁处的振动速度传播规律;与普通导爆管雷管起爆对比,掏槽处采用数码电子雷管起爆产生的最大振动速度可降低43. 78%;紧邻既有隧道施工时,采用数码电子雷管起爆可以有效降低爆破振动对既有隧道的影响。     

中低应变加载速率下单节理裂隙岩体的单轴动态压缩力学性能试验

对人工制作的节理岩体试件进行了中低应变加载速率下的单轴压缩试验,研究了应变速率和节理面的倾角β对节理岩体的极限抗压强度、峰值应变、弹性模量和损伤变量的影响。研究结果表明:(1)当加载的应变速率相同时,当节理面的倾角β由0°增加到90°,试件的抗压强度呈逐渐减小后又逐渐增加的趋势,试件的峰值应变均呈先减小后略有增加的变化规律,试件的弹性模量整体出现逐渐增加的变化规律。(2)当试件的节理面倾角相同时,随着应变加载速率逐渐增加,试件的抗压强度呈逐渐增加的趋势,当β为60°时,试件的抗压强度对应变率敏感性最强,试件的峰值应变和弹性模量随应变加载速率的变化并没有固定明显的变化规律。(3)当应变加载速率相同且应变相同时,随着节理面的倾角由0°增加到90°,损伤变量基本都呈先逐渐增加后减小的趋势,当节理面的倾角为60°时的损伤变量最高,当节理面倾角为90°时的损伤变量最小;当试件的节理面倾角相同,应变加载速率逐渐增加时,损伤变量基本呈逐渐增加的趋势。     

盾构隧道同步注浆对管片上浮的影响分析北大核心

为分析广州地铁18号线沙西站—石榴岗站区间隧道同步注浆对盾尾管片上浮与受力的影响,建立考虑围岩随机裂隙分布的流固耦合数值模型。基于牛顿流体与宾厄姆流体推导管片壁后注浆压力分布解析解,通过将数值模拟获得的注浆压力与解析解对比,验证数值模型的适用性,并分析同步注浆作用下围岩和隧道结构的变形及应力特征。结果表明:所建的数值模型能较好地模拟同步注浆压力的分布;注浆对地层的初始位移场影响较大,导致整个隧道周围地层均表现为隆起;管片内外轮廓线的Mises应力与压应力差异较大,且分布形式正好相反。     

节理倾角及组数对铁路隧道围岩稳定性的影响

我国西南地区崇山峻岭、地质构造条件复杂多变,岩体内部节理、片理、层理发育。隧道穿越节理发育围岩时,极易引发围岩大变形、掌子面失稳坍塌、钢架变形扭曲、初支掉块和二次衬砌开裂等工程灾害。为了分析节理对隧道围岩稳定性的影响规律,依托玉磨铁路西双版纳隧道,利用ABAQUS建立计算分析模型,得到不同节理条件下围岩塑性破坏特征。(1)节理对称分布时,节理屈服、围岩塑性应变呈现出对称分布于拱部、两侧拱肩和仰拱两侧区域的特点。(2)节理倾角较陡时,岩体性质是影响主控因素;节理倾角较平缓时,围岩发生沿节理面的剪切滑移破坏,节理是围岩整体发生塑性破坏的主控因素;当节理倾角为60°或120°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.197。(3)当节理倾角为90°时,围岩及节理屈服区域主要沿着节理方向垂向分布,且影响范围深入地层中。(4)2组节理条件下造成围岩塑性破坏的主要原因是节理面的塑性屈服;当节理倾角组合为60°+90°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.521。