城市隧道爆破震动对邻近建筑物的影响及安全评估

摘要

近年来，我国基础设施建设蓬勃发展，众多城市为缓解地面交通压力，开始大力发展地下交通，因此不可避免的会在人口密集、建筑物复杂的中心城区地下进行隧道开挖。在经济与效率综合指标的衡量下，钻爆法依旧是当前岩石隧道中应用最为广泛的施工方法。爆破工艺运用得当便会产生良好的效益，而控制不当便会产生不良后果，特别是对于城市隧道爆破，隧道开挖爆破可能会危及到地面居民安全或使得建筑物受损，对地面环境造成不同程度影响。为探讨城市中隧道爆破震动对地面邻近建筑物的影响，本文以重庆隆鑫中心车库联络道A匝道工程为依托，通过理论分析、现场监测、数值模拟等多种方法对爆破地震动特性、建筑物受爆破震动影响因素、建筑物在爆破震动作用下各动力响应特征值（应力、位移、震速等）变化情况做了充分的探讨与分析，旨在通过理论联系实际，以有限元数值模拟来预测评判建筑物安全，为实际施工做指导借鉴。
　　本研究主要内容包括：①针对爆破地震动的产生机理、震源机制及对爆破震动强度的影响因素作了详细阐述。明确了爆破地震动作用是一定范围内的作用，分析了爆破震动作用各分区半径及应力大小的计算方法及应用标准。②分析了建（构）筑物受震破坏机理，介绍了动力分析下各种建（构）筑物等效方法，以此为基础结合经典动力学理论，研究了爆破震动下建（构）筑物动力分析理论方法，详细介绍爆破震动特征值、阻尼及时程分析方法。③以有限元模型为基础，采用时程动力分析方法计算分析三种不同爆心距工况下的建筑物动力响应情况，总结三种工况下结构建筑物动力位移、应力及震速的一般规律，总体上建筑物各动力响应指标均符合相关规范规定，同时认为以合震速作为爆破震动下建筑物安全评判依据较为合理。④通过数值模拟，笔者验证了“放大效应”和“空洞效应”的存在，在建筑物高层可能会由于双重效应的作用而造成损坏，故要加强已开挖段隧道地面建筑物震动监测。⑤利用傅里叶变换分析方法，对实测及模拟数据进行频谱处理来研究爆破地震波能量及频率分布规律，进而分析爆破震动对建筑物的影响，同时以经验公式为依托回归分析拟合出适合本工程的最大震速预测模型。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究背景

1．2．1 爆破作用下岩体动力学特性研究现状

1．2．2 爆破震动理论的研究现状

1．2．3 爆破震动下建(构)筑物响应研究现状

1．2．4 爆破地震效应安全评估现状

1．3 本课题的研究内容和技术路线

第二章 爆破地震动

2．1 爆破震动的产生机理

2．2 爆破作用影响分区研究

2．2．1 破碎区

2．2．2 径向裂隙区

2．2．3 弹性震动区

2．3 影响爆破震动强度的因素

2．3．1 炸药性能对震动的影响

2．3．2 爆破工艺对震动的影响

2．3．3 爆破条件对震动的影响

2．3．4 与地震波传播有关的影晌因素

2．4 本章小结

3．1 建(构)筑物对爆破震动的响应

3．1．1 建(构)筑物的结构特性

3．1．2 建(构)筑物受震破坏机理

3．1．3 影响建(构)筑物受爆破地震破坏的因素

3．2 建(构)筑物受震动力分析简化模型

3．2．1 概述

3．2．2 常用简化力学模型

3．3 基于MIDAS／GTS NX爆破震动动力计算分析方法

3．3．1 特征值分析

3．3．2 阻尼

3．3．3 时程分析

3．4 本章小结

第四章 隧道爆破震动的数值模拟

4．1 MIDAS／GTS NX软件介绍

4．2 依托工程

4．2．1 工程概况

4．2．2 工程地质条件

4．2．3 隧道开挖方法及爆破施工参数

4．3 数值模型的建立

4．3．1 隧道及围岩参数选取

4．3．2 建筑物参数选取

4．3．3 自重及建筑物荷载的施加

4．3．4 确立爆破荷载及简化施加

4．3．5 设定边界条件

4．4 计算模型的确立

4．5 本章小结

第五章 隧道爆破震动对建筑物的影响分析

5．1 爆破实测数据与数模分析

5．2 隧道爆破数模工况A

5．2．1 建筑物应力分布特征分析

5．2．2 建筑物位移变化特征分析

5．2．3 建筑物加速度特征分析

5．2．4 建筑物震速特征分析

5．3 隧道爆破数模工况B

5．3．1 建筑物应力分布特征分析

5．3．2 建筑物位移变化特征分析

5．3．3 建筑物加速度特征分析

5．3．4 建筑物震速特征分析

5．4 隧道爆破数模工况C

5．4．1 建筑物应力分布特征分析

5．4．2 建筑物位移变化特征分析

5．4．3 建筑物加速度特征分析

5．4．4 建筑物震速特征分析

5．5 本章小结

第六章 震动数据频谱分析与安全评估

6．1 傅里叶分析基本理论

6．1．1 频谱分析

6．1．1 快速傅里叶变换

6．2 实测数据频谱分析

6．3 模拟数据频谱分析

6．4 安全评估与预测

6．4．1 安全评估

6．4．2 基于经验公式的预测模型

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果