隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应试验

埋地管道爆破动力响应特性是城市管道抗震优化设计的依据。设计并开展城市地铁隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应的相似模型试验,监测埋地管道应变、加速度及地表振动速度值,解析地铁隧道爆破地震波的传播衰减机制及其对邻近埋地管道动力响应影响规律。结果表明,基于量纲分析理论的振动速度预测模型用于隧道爆破时地表PPV预测切实可行;相同爆破荷载作用下,埋地钢管加速度峰值是PVC管的1.5～1.8倍;隧道"空洞效应"导致埋地管道在成洞区一侧的加速度响应更为剧烈;埋地PVC管在各测点处环向应变大于轴向应变,且大于钢管应变值,试验得到可有效监测埋地钢管和PVC管应变响应的最大临界比例距离分别为117 m/kg和263 m/kg。     

下穿地铁隧道爆破振动作用下给水管道动力响应特性研究

为研究下穿地铁隧道开挖过程爆破振动作用下埋地供水管道的动力响应特性,以青岛地铁3号线岭-清段的下穿给水管道隧道爆破工程为例,采用LS-DYNA数值模拟方法进行爆破动力响应计算分析,结合现场对管道正上方地表振动速度监测结果,验证分析了数值模型的可靠性。基于动力数值计算结果,分析了爆破振动作用下管道振动速度及有效应力分布特征,研究了下穿地铁隧道爆破振动作用下给水管道动力响应特性,其中,管道纵向方向上,爆源所在位置管道截面振动速度与有效应力最大,截面环向上,振动速度与有效应力呈现出底部最大,中部次之,顶部最小的规律,同时建立了管道有效应力以及管道正上方地表振动速度函数关系。结合断裂力学理论,确定爆破振动作用下给水钢筋混凝土管的极限动态抗拉强度,其值为2.01 MPa,提出确保管道安全的地表振动速度控制阈值3.32 cm/s。     

下穿隧道爆破地震作用下埋地输气管道的动力响应规律研究

以下穿兰成渝输气管道的西安至成都客运专线仙女岩隧道爆破为背景,根据现场实测振动数据,采用LS-DYNA3D方法和掏槽孔爆破的等效药包原理,建立能反映输气管道与其周围土体相互作用的三维动力有限元模型,分析爆破地震波引起的埋地输气管道的动力响应规律,包括不同隧道埋深、管道直径与管道壁厚对管道振动特征及其响应动应力的影响规律。研究结果表明:爆破地震作用将引起埋地输气管道下部压缩、上部拉伸的动力响应;在隧道埋深20 m、掏槽孔总药量为14.4 kg同时起爆的条件下,直径512 mm、壁厚8 mm输气管道的最大轴向压应力和最大轴向拉应力分别是9.57 MPa和7.76 MPa,仅为管道屈服强度的1.99%和1.61%,相应的管道地表振速为15.28 cm/s;爆破地震作用引起的输气管道动应力随着隧道埋深的增加而显著降低,而管道直径的增加或壁厚减小都会引起管道动应力增大;管道上方地表土体的振动速度随着管径的增大而减小,管壁厚度对管道和土体的质点振动速度基本没有影响。     

浅埋地铁隧道爆破振动速度传播规律及预测

为了更好地控制浅埋隧道爆破施工对地表建(构)筑物产生的不利影响,以武汉地铁八号线洪山站-小洪山站区间隧道开挖爆破为研究对象,采用数值模拟与现场监测相结合的方法进行浅埋隧道爆破振动传播规律及预测研究。结果表明:数值模拟结果与现场监测结果基本一致;地铁隧道爆破开挖作用下地表3个方向的质点振动速度为垂直方向最大;沿隧道径向方向,由于开挖存在临空面,在距掌子面相同距离情况下,已开挖区域地表的峰值振动速度大于未开挖区域地表的峰值振动速度;沿隧道轴向方向,由于存在"空洞效应",当地表监测点与掌子面水平距离大于约0.6～0.7倍洞径后,地表振动速度产生增大的现象,此时已开挖区域对地表振动存在放大效应。     

下穿隧道爆破振动作用下石油管道的安全性评价

以西安成都客运专线下穿埋地石油管道的仙女岩隧道掘进爆破为背景,根据隧道与管道的空间位置关系以及掏槽孔爆破的装药结构,按照等效炸药量原理建立了隧道—管道的三维非线性动力有限元模型。利用有限元软件ANSYNS/LS-DYNA模拟管道地表的振动响应,通过与现场实测振动速度波形的对比分析,验证了模型计算结果的准确性和可靠性。以此为基础,进行爆破振动作用下的埋地管道-土体接触面的动力响应分析和管道安全性评估。研究结果表明:隧道爆破作用时,管道—土体接触面上管道的最大振动速度约为土体峰值振动速度的1.6~5.0倍;埋地输油管道的最大当量应力为102.08 MPa,远小于管道许用应力434.70 MPa,隧道按照既定爆破方案进行开挖所产生的振动不会影响管道安全。     

地铁隧道钻爆施工地表振动速度特征研究

为了研究地铁隧道爆破振动规律并有效地控制爆破振动危害,对贵阳地铁二号线一期工程隧道爆破开挖进行实时监测,然后对监测数据进行回归分析,计算出爆破地震波衰减系数α和k值,并利用大型有限元软件LS-DYNA对爆破施工进行数值模拟,结果表明:用萨道夫斯基公式对地铁隧道掘进的地表振动速度进行拟合时,隧道掘进前方比掘进后方的相关性较好,数值模拟计算所获得的地表振动速度规律与现场监测结果基本一致,地铁隧道掌子面后方已开挖区的地表振动速度存在放大现象。因此,在进行爆破施工方案设计时,必须考虑已开挖区的地表振动速度放大的影响,保障掌子面后方地表建筑物的安全。     

地铁隧道钻爆施工地表振动速度特征研究

为了研究地铁隧道爆破振动规律并有效地控制爆破振动危害,对贵阳地铁二号线一期工程隧道爆破开挖进行实时监测,然后对监测数据进行回归分析,计算出爆破地震波衰减系数α和k值,并利用大型有限元软件LS-DYNA对爆破施工进行数值模拟,结果表明:用萨道夫斯基公式对地铁隧道掘进的地表振动速度进行拟合时,隧道掘进前方比掘进后方的相关性较好,数值模拟计算所获得的地表振动速度规律与现场监测结果基本一致,地铁隧道掌子面后方已开挖区的地表振动速度存在放大现象。因此,在进行爆破施工方案设计时,必须考虑已开挖区的地表振动速度放大的影响,保障掌子面后方地表建筑物的安全。     

地铁隧道掘进爆破对既有埋地管道的动力影响

为研究爆破载荷作用下临近埋地管道的安全性,利用ANSYS/LS-DYNA建立炸药、岩土体、埋地管道的管土耦合模型,对爆破荷载下埋地管道的动力响应进行研究.通过监测管道迎爆面-背爆面特定单元的应力和速度时程曲线,发现距管道两端1/4处的迎爆面存在应力集中现象,背爆面有局部应力放大效应,10～21 ms时管道轴向振动速度最...     

爆破地震波作用下圆形洞室围岩振动速度分布规律

为了探究岩石开挖爆破地震波作用下邻近圆形洞室的动力响应规律,采用FLAC3D数值模拟软件研究爆破地震波作用下不同埋深圆形隧道洞壁和地表振动速度的缩放规律,以及对不同频率平面简谐P波入射时,隧道洞壁及地表振动速度的分布规律进行研究,并通过理论计算结果的对比分析,检验了数值模拟的可靠性。研究结果表明:隧道埋深会引起隧道洞壁及地表振动速度产生缩放效应:隧道埋深较浅时,隧道洞壁上半部分缩放效应大于下半部分,振动速度放大系数随埋深增加而减小;埋深较深时时,隧道洞壁各位置质点振动速度放大效应随埋深的增加呈现递增规律;地表振动速度放大系数峰值随隧道埋深的增加向背爆侧偏移;迎爆侧洞壁振动速度随入射波频率增加呈增大趋势;地表振动速度放大系数峰值随入射波频率增加向爆源方向偏移。     

爆破荷载作用下埋地钢管的动态响应实验研究

爆破荷载作用下埋地管道的动态响应问题是城市爆破施工中亟需解决的课题之一,具有重要的理论和现实意义。在理论分析的基础上,通过改变药量、爆心距、管道内压以及爆源埋深中某一参数对埋地无缝钢管进行现场爆破实验,其中药量为50~200 g,每次实验改变25 g共七次;爆心距分别为2.2 m、2.7 m和3.2 m;管道内压分别为0 MPa、0.2 MPa、0.4 MPa和0.6 MPa;爆源埋深分别为0.5 m、1 m、1.5 m和2 m。结果表明:在正常工作压力下钢管内径和管壁厚度的比值越大,管道容许压缩应变值越小;管道应变与比例距离成反比,随着比例距离增大,应变减小;并得出了在实验条件下的应变峰值与爆心距和药量计算公式。     

高密度聚乙烯波纹管爆破振动动力响应尺寸效应

为研究爆破振动作用下高密度聚乙烯（high?density polyethylene,HDPE）波纹管动力响应的尺寸效应,采用现场预埋管道的爆破试验及动力有限元数值计算相结合的方法,通过振动监测结果分析 HDPE 管道动力响应数值计算模型的可靠性;在此基础上,建立相同条件下不同管径 HDPE 管道的数值模型,研究尺寸效应影响下的埋地管道动力响应特征。研究结果表明：在爆破振动作用下,管道各截面迎爆侧的振速和 von?Mises 有效应力均大于管道背 爆侧,管道振速峰值出现于管道底部;随着管径的增大,管道振速与有效应力会随之减小;管道有效应力与峰值速度之间、管道振速与地表振速之间均具有函数关系;根据 HDPE 管道相关规范中最大的允许压力,可得到管径为 40,50,60,80 和 100 cm 的 HDPE 波纹管（空管）在类似岩土层条件下地表爆破控制振速为分别为 22.5,20.91,19.70,17.91,16.64 cm/s。     

青岛地铁太延区间爆破振动控制及影响评价

城市浅埋隧道下穿建筑物的爆破施工应加强爆破振动控制。针对青岛地铁3号线太延区间段隧道下穿青岛疗养区供应公司,埋深为7.4 m、围岩IV~V级、地下水丰富等特点,结合先前其他区间段隧道施工经验,对该区段隧道施工进行专项爆破振动控制设计。通过采用大直径中空直眼掏槽和减小单段最大起爆药量,合理布置炮孔间排距、优化爆破网路,对爆破振动速度进行控制。对地上建筑物振动实时监测,爆破振速满足2 cm/s的爆破振速控制标准,振动峰值速度在砖混结构建筑物顶层存在放大效应。此爆破振动控制方案取得了良好的爆破振速控制效果和工程、社会效益,可为类似城市浅埋隧道施工提供参照意义。     

爆破荷载作用下邻近深埋隧道衬砌动力响应数值模拟

为了研究深埋小净距隧道在爆破荷载下的动力响应以及保证隧道的安全和稳定,以三洞分离隧道爆破开挖工程为背景,通过ANSYS/LS-DYNA模拟分析深埋小净距隧道在爆破荷载作用下的衬砌动力响应。分析了隧道同一截面拱顶、拱腰、拱脚不同测点,不同断面的振速和位移。研究结果表明：衬砌内侧(与净空面接触)拱脚首先产生振动,爆破卸载后,衬砌外侧(与岩石接触)振动速度达到峰值。纵断面的振动速度差异较大,水平位移的影响大于垂向位移的影响。最大位移出现在拱顶,其次出现在迎爆侧拱腰处。断面拱脚处测点振动加速度最大,受到的爆轰也最大。     

爆破地震波作用下燃气管道的安全距离研究

为了保证爆破施工不会对埋地输气管道造成不良影响,研究爆破荷载作用对燃气管道的安全判据非常必要。从理论的角度建立瑞利波作用时燃气管道轴向应变、环向应变与爆破振动速度关系的计算方法,从爆破试验回归分析得到爆破振动速度与爆心距的具体函数关系,进而结合管道最大容许应变计算出在已知装药量的条件下爆破施工时的最小安全距离。结果表明:管道轴向应变、环向应变与振速成正比,结合场地条件计算出地下管道最小安全距离为25.3 m,说明国家燃气管道安全管理条例规定燃气管道50 m范围内禁止爆破施工有较大的安全余地。     

穿越非均匀土体埋地管道地震离心实验研究

穿越非均匀土体经历不同地震作用的埋地管线的变形和残余强度严重影响着管道的安全。该文采用离心振动台分别平行于埋地管道长度方向输入0.6 g和0.3 g峰值地面加速度地震波,研究了埋地管道在一系列地震作用和不均匀土体变形共同作用下的响应,得到了PVC和铝合金两种埋地管道穿越软土/硬土土体的地震响应规律。地震引起不均匀土体的瞬时变形,导致埋地管道最大应变发生在土体分界面和软土中,管道拉伸应变幅值软土要大于硬土,而压缩应变幅值正好相反,硬土中管道拉伸应变幅值小于压缩应变幅值,硬土中管道压缩应变幅值受地震烈度影响比软土大。地震引起的土体永久变形对埋地管道残余变形影响很大,硬土中的管道残余应变为压应变,软土中管道的残余应变为拉压应变交替分布。     

露天爆破振动对临近建筑的动力响应及降振措施研究

为有效解决露天采场中深孔爆破振动对临近建筑可能产生的破坏问题。首先采用爆破振动信号测试系统对露天石灰石采场爆破振动进行两次实时监测,并且对原爆破参数下监测的爆破振动数据进行一元线性回归分析,得出该采场爆破振动波传播衰减规律。同时运用动力有限元数值分析方法,探讨爆破荷载作用下采场中深孔爆破振动对临近建筑的动力响应,最后将动力响应数值分析结果与现场监测结果进行对比分析。研究表明：动力响应数值分析方法得出的爆破振动速度波形图与现场监测所得基本一致,爆破振动速度和加速度的动力响应数值分析结果在变化规律和趋势上基本相似,改变露天爆破的起爆顺序以及爆破方向,对于降低爆破振动可以起到良好的效果。     

高地应力下砂岩隧道围岩爆破振动响应研究EI北大核心CSCD

高地应力对隧道围岩的爆破振动响应具有一定影响。本文通过波动微分方程和分离变量法结合高地应力作用下砂岩类材料参数的变化规律求得适用于高地应力下的爆破地震波传播解析解,并通过实例分析,给出了隧道围岩中质点振动速度、加速度、应变参数随地应力大小变化规律,并借助物理模型试验装置对隧道围岩爆破振动响应随地应力的变化规律进行模型试验研究,最后将试验结果与解析解进行对比。由解析解的计算结果表明,相同围岩质点速度、加速度和应变峰值均随着地应力的增大而逐渐减小,且径向的速度、加速度和应变在低地应力阶段的衰减速率要大于高地应力阶段,随地应力的增加呈现出类似于负指数下降的趋势。在模型试验中,相比于震源附近围岩的振动响应,远离震源处地应力的变化对围岩爆破振动响应影响增大。模型试验测得的结果与解析解计算的结果相吻合。研究成果对地下隧道爆破设计和振动安全预测具有重要参考价值。     

爆破开挖附近地铁隧道振动监测数值分析

利用计算机数值模拟技术分析在既有地铁隧道附近进行隧道开挖时,使用掘进爆破对邻近地铁隧道的振动影响情况。通过计算爆破工作面距离地铁隧道不同位置的工况,得出地铁隧道截面各处的振动峰值速度,并与实际测量值进行比较分析,由此得到实际测点处速度峰值与地铁隧道内最大振动速度峰值的比值曲线和分布函数,从而对基于爆破振动安全阈值下的地铁隧道振动进行控制,对类似工程爆破振动监测可提供一定参考。     

爆破开挖附近地铁隧道振动监测数值分析

利用计算机数值模拟技术分析在既有地铁隧道附近进行隧道开挖时,使用掘进爆破对邻近地铁隧道的振动影响情况。通过计算爆破工作面距离地铁隧道不同位置的工况,得出地铁隧道截面各处的振动峰值速度,并与实际测量值进行比较分析,由此得到实际测点处速度峰值与地铁隧道内最大振动速度峰值的比值曲线和分布函数,从而对基于爆破振动安全阈值下的地铁隧道振动进行控制,对类似工程爆破振动监测可提供一定参考。     

基坑开挖爆破作用邻近压力燃气管道动力响应特性研究

确保复杂城市环境基坑爆破开挖工程中邻近压力燃气管道的安全性是关键性问题。依托武汉地铁8号线二期竖井基坑爆破开挖工程,利用现场监测数据建立ANSYS/LS-DYNA三维有限元数值计算模型,分析计算了不同运行压力条件下埋地燃气管道的动力响应特性。研究结果表明:实际工况下管道截面峰值合振速为0.453 cm/s,单元峰值von-Mises应力4.95 MPa,压力燃气管道处于安全运行状态;管道截面峰值合振速大于其正上方地表振速,且两者存在线性关系,由此建立管道爆破振动速度的预测模型;管道截面峰值合振速、峰值von-Mises应力均位于迎爆侧,且随管道内压的增加而增加,内压为零时为最佳运行状态,由此建立了管道峰值von-Mises应力与内压、爆破参数的数学计算模型,为实际爆破工程的安全作业提供指导。