坍塌触地振动规律及其对周边环境影响的研究

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随着我国社会和经济的高速发展以及城镇化不断推进,大量建筑物和基础设施均面临着爆破拆除的问题。在爆破拆除的过程中,被拆除结构会以塌落物的形式冲击地表引起坍塌触地振动。由于坍塌触地振动的频率接近于周边场地和结构的固有频率,因而坍塌触地振动对周边结构有较大的安全隐患。在周边环境日益复杂的背景下,已出现由于坍塌触地振动引起临近建筑物损伤的案例。因此,坍塌触地振动对周边环境的影响应引起足够的重视。目前对这一问题尚缺乏系统深入的研究,并且没有成熟的规范和标准指导工程实践。因而,对这一问题的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文采用现场测试、模型试验、理论分析和数值模拟相结合的方法,针对塌落物的坍塌触地振动对周边环境(土体、地表结构和地下结构)的影响进行了系统研究,并对隔振沟和减振水气囊两种减振措施的减振效果进行了分析。具体研究内容如下:(1)研究坍塌触地振动的振源特性,分析坍塌触地振动的发生机理。根据高架桥单跨足尺模型坍塌触地试验,基于实测数据分析坍塌触地振动特性,并通过数值模拟坍塌触地振动,验证数值模拟方法的适用性和准确性;(2)研究坍塌触地振动的传播规律。理论分析坍塌触地荷载作用下弹性半无限空间表面的振动响应,进行强夯试验和相应的数值模拟,分析地面振动响应特性以及沿距离衰减规律,并研究设置隔振沟对振动传播的影响;(3)研究坍塌触地振动对地表结构的影响。进行坍塌触地冲击作用下地表框架结构模型试验,并建立相应的数值模型;验证模型计算准确性后,进一步研究浅基础和桩基础框架结构的动力响应特性,并分析隔振沟对地表结构的减振效果;(4)研究坍塌触地振动对地下结构的影响。进行强夯冲击作用下埋地管道结构试验,并建立相应的数值模型。验证模型计算准确性后,进一步研究典型地下结构(矩形地铁车站结构和圆形隧道结构)的动力响应特性,并分析隔振沟对地下结构的减振效果;(5)在归纳总结目前国内外已有振动安全评价标准和方法的基础上,结合本文的大量工况分析结果,重点探讨并建议地下结构振动安全评价方法,为类似工程的建设提供参考依据;(6)提出一种新型水气囊装置,可用于坍塌触地振动的减振防尘,通过数值模型验证该装置的减振性能,对关键参数进行影响分析。
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