论文部分内容阅读
随着地下空间开发利用不断深入,大量具有数百米高度的竖井直立边墙和近百米高度的地下厂房高边墙相继开工建设,直立高边墙的爆破开挖施工与振动预测控制难度与日俱增。在爆破开挖过程中,更多的能量以振动波的形式在边墙表面传播,诱发围岩与衬砌的损伤破坏,进而导致边墙失稳、密闭功能失效等,极大的增加了施工安全风险和运行维护投入。因此,深埋洞室高边墙振动传播规律的预测成为技术难题。
本文以世界级水电站白鹤滩地下主厂房爆破开挖为背景,运用综合分析法从理论模型、现场试验和数值模拟三个方面研究了地下洞室高边墙爆破PPV传播衰减规律及其放大效应。在理论模型方面,以简支板和简支梁力学分析模型为基础,分析了地下洞室边墙围岩的振动响应机制并求得考虑―边界约束‖因素的PPV无量纲量,结合量纲分析法获得了地下洞室边墙围岩的PPV预测公式。在现场试验方面,以桃花嘴地下洞室边墙爆破试验为基础,分析了边墙爆破PPV衰减规律及放大效应分布特征,证实了由简支板模型及其PPV预测公式在一定条件下具有较高的预测精度。在数值模拟方面,利用Ls-Dyna动力有限元软件以桃花嘴地下洞室为原型建模,通过分析边墙长高比、地应力大小及侧压力系数对地下洞室爆破PPV的影响展开研究,揭示了地下洞室爆破PPV衰减规律和放大效应的分布特征。最终通过白鹤滩实测爆破数据证实了在一定范围内本文模型及PPV预测公式可以较好的描述深埋洞室高边墙振动传播规律。
主要结论如下:
(1)三个方向的爆破振动速度随高程差增加均呈整体递减趋势;垂直于边墙表面方向的质点峰值振速最大,大于其它两个方向的峰值振速。
(2)深埋地下洞室高边墙存在振动放大效应,且放大系数呈现出―中心放大‖的分布现象。分析其原因是爆炸应力波传至地下洞室边墙时会发生反射,反射回来的应力波与入射应力波叠加,会加剧边墙的振动效应。
(3)地下洞室边墙爆破PPV随着边墙长高比、围岩地应力的增加相应的增大,但增加的趋势并不明显;洞室边墙爆破PPV基本不受侧压力系数的影响。
本文以世界级水电站白鹤滩地下主厂房爆破开挖为背景,运用综合分析法从理论模型、现场试验和数值模拟三个方面研究了地下洞室高边墙爆破PPV传播衰减规律及其放大效应。在理论模型方面,以简支板和简支梁力学分析模型为基础,分析了地下洞室边墙围岩的振动响应机制并求得考虑―边界约束‖因素的PPV无量纲量,结合量纲分析法获得了地下洞室边墙围岩的PPV预测公式。在现场试验方面,以桃花嘴地下洞室边墙爆破试验为基础,分析了边墙爆破PPV衰减规律及放大效应分布特征,证实了由简支板模型及其PPV预测公式在一定条件下具有较高的预测精度。在数值模拟方面,利用Ls-Dyna动力有限元软件以桃花嘴地下洞室为原型建模,通过分析边墙长高比、地应力大小及侧压力系数对地下洞室爆破PPV的影响展开研究,揭示了地下洞室爆破PPV衰减规律和放大效应的分布特征。最终通过白鹤滩实测爆破数据证实了在一定范围内本文模型及PPV预测公式可以较好的描述深埋洞室高边墙振动传播规律。
主要结论如下:
(1)三个方向的爆破振动速度随高程差增加均呈整体递减趋势;垂直于边墙表面方向的质点峰值振速最大,大于其它两个方向的峰值振速。
(2)深埋地下洞室高边墙存在振动放大效应,且放大系数呈现出―中心放大‖的分布现象。分析其原因是爆炸应力波传至地下洞室边墙时会发生反射,反射回来的应力波与入射应力波叠加,会加剧边墙的振动效应。
(3)地下洞室边墙爆破PPV随着边墙长高比、围岩地应力的增加相应的增大,但增加的趋势并不明显;洞室边墙爆破PPV基本不受侧压力系数的影响。