近地表隧道微差爆破参数的确定与数值模拟

摘要

近年来，随着城市轨道交通的大量修建，隧道开挖爆破引起众多学者的研究，特别是开挖爆破引起的爆破地震效应越来越引起了人们的关注。在众多降低爆破震动效应的措施中，微差爆破是最常用最实用的措施，不仅能够有效的降低爆破地震效应还能够改善岩体破碎效果。
　　论文对影响微差爆破地震效应的因素进行了介绍，并对主要的两个影响因素，即微差爆破间隔时间和最大段装药量进行深入的研究。
　　首先，总结和分析了岩石破碎的基本原理和爆破地震波对建筑物的破坏方式，简单阐述了岩石爆破破碎理论模型和爆破地震能量的破坏机理。
　　其次，采用弹性动力学理论来对微差爆破间隔时间进行分析，引入“球形空腔”原理，对质点的位移进行求解，并对质点的振动进行分析，得出质点的振动衰减很快，经过一次往复运动后，振动强度就变为原来的0.012，即之后就变得非常微弱了。所以实际上只有一次往复运动，之后的振动可以视为弹性振动。从开始振动到第一次往复振动结束，这段时间即为一个周期。得出结论周期T∝R0，R0随着该次爆破炸药量的增大而增大，所以该次爆破炸药量越大，则球形空腔的半径R0也越大，振动周期T也越大。而周期T即可认为是爆破地震波主震的周期时间。同时对比分析了采用此方法与以往的半经验法对微差爆破间隔时间确定的优越性。
　　然后对最大段装药量进行分析研究，确定隧道微差爆破采用振速控制最大药量，并变换萨道夫斯基经验公式进行计算。
　　最后，利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对微差爆破震动效应进行数值模拟计算。数值模型的建立，选取合适的材料模型和边界条件。通过对实测振动速度和振动速度时程曲线和数值模拟的情况对比分析，可知数值模拟结果与工程实际情况基本吻合。实践验证了采用弹性动力学原理来确定微差爆破的间隔时间是可行的，且通过最大段装药量的设计和炮孔参数的设计，说明该项目的爆破方案设计是合理的。
　　本论文的研究结果对合理选择微差爆破参数、降低爆破地震效应和保证开挖爆破周边建筑物的安全起到了重要的参考作用。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 研究背景

1.4 主要研究内容

1.5 主要技术路线

2 岩石爆破基本原理及爆破地震波的传递过程

2.1 岩石爆破基本原理

2.2 爆破地震波

2.3 爆破地震波对建（构）筑物的地震破坏

2.4 微差爆破振动叠加作用的产生

2.5 本章小结

3 微差爆破参数的确定

3.1 采用半经验法对微差爆破间隔时间的确定

3.2 采用弹性动力学对微差爆破间隔时间的计算

3.3 最大段爆破装药量的计算

3.4 起爆网络与装药结构

3.5 重庆市轨道交通六号线二期金山寺～嘉陵江南桥头区间隧道微差爆破地面震动效应预估

3.6 本章小结

4 隧道微差爆破振动效应工程数值模拟

4.1 动力有限元分析的基本原理

4.2 ANSYS/LS-DYNA动力分析软件理论基础[41-47]

4.3 ANSYS/LS-DYNA计算模型

4.4 ANSYS/LS-DYNA计算模型结果分析

4.5 本章小结

5 工程实际应用与比较分析

5.1 数据采集前的准备工作

5.2 数据采集与比较分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录