小湾水电站边坡开挖爆破震动动力响应分析

摘要

爆破震动对边坡稳定性的影响是极其复杂的岩体工程地质力学问题,涉及工程地质、岩石动力学、地震学、地球物理学、地震工程学、工程地震学等相关学科.研究边坡对爆破震动的动力响应,探索爆破震动沿边坡的传播衰减规律,找到适合具体工程的最优爆破参数和爆破网路,提出切实可行的减震降震措施,具有非常重要的实际意义.本文以小湾水电站高陡边坡爆破开挖为研究对象,以大型有限元分析软件ANSYS为研究工具,将爆破震动对边坡的影响和边坡对爆破震动的动力响应作为一个整体进行研究,主要研究成果和结论包括:根据小湾生产实际,利用多次爆破试验和监测成果,总结了当前小湾水电站边坡爆破开挖的爆破参数和爆破网路.通过对部分爆破震动监测数据进行分类统计,找出了小湾边坡爆破震动主频的特点.利用一元、二元线性回归分析方法,分析得出了小湾边坡在不同开挖坡高、不同爆破方式下的震动衰减规律.基于非线性动力响应基本理论,结合ANSYS有限元分析基本特点,建立了适合小湾水电站的ANSYS有限元分析模型.为了掌握小湾边坡的基本动力特性,便于后续的动力分析,同时为了证明边界约束的正确性,利用模态分析得出了边坡的固有频率和各阶振型图,分析比较验证了模型约束方式的正确性.将由较小爆破规模(某次预裂爆破)、较大爆破规模(某次深孔梯段爆破)两种不同情况的爆破实测速度时程曲线转化而成的加速度时程曲线输入ANSYS模型进行动力响应时程分析,得到边坡在不同爆破规模下应力、位移、速度、加速度响应规律的等值线图、时程曲线等一系列计算成果.利用动力响应模拟成果分析了小湾边坡水平向、垂直向、沿坡面等三个方向以及坡度发生变化时的动力响应规律,进一步证实坡高较大时高程对边坡的震动放大效应,找出爆破对边坡的重点损伤部位,得出边坡上震动速度最大值位置并非边坡受力最大值位置的重要结论.探讨了爆破震动荷载作用下边坡变形破坏机理,分析了爆破震动荷载作用下小湾边坡的渐进性破坏.为了提高爆破震动安全评估标准的准确度和合理性,利用层次分析法建立了多参数爆破震动破坏评价标准的层次结构模型.从限制能量源、优化爆破参数、优化爆破网路、控制爆破规模、避免爆破震动积累损伤效应等几个方面提出了适合小湾边坡爆破开挖的一系列减震降震措施,并建议采用声波测试和震动监测等多种测试手段相结合的监控方式不断改进这些措施.研究结果表明,爆破震动是可以控制的,我们只有充分认识其传播衰减和动力响应规律,采取一系列控制措施,才能减少爆破震动、改善爆破效果、加快施工进度、降低施工成本、提高边坡的动力稳定性,找出边坡爆破开挖的共同规律为类似工程提供借鉴和指导.

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

1.1论文选题依据及研究意义

1.2本课题的研究进展和现状

1.2.1岩质边坡稳定性研究进展和现状

1.2.2岩质边坡动力响应研究进展和现状

1.3岩质边坡爆破动力响应分析存在的问题

1.4本课题的基本研究思路和拟解决的问题

第2章小湾水电站高陡边坡开挖爆破震动监测成果及分析

2.1工程概况

2.2爆破参数和网路基本情况

2.2.1爆破参数

2.2.2爆破网路

2.3爆破震动监测基本情况

2.3.1仪器设备

2.3.2测点布置

2.4部分爆破震动监测成果

2.4.1部分监测数据分类统计分析

2.4.2典型爆破震动时间历程分析

2.4.3典型爆破震动时间历程图

2.5爆破震速沿边坡传播规律分析

2.5.1一元、二元线性回归分析原理

2.5.2坡高不大时爆破震动传播规律

2.5.3坡高较大时爆破震动放大效应

第3章边坡爆破开挖动力响应有限元分析方法

3.1动力问题有限元分析基本原理

3.1.1动力方程

3.1.2质量矩阵

3.1.3阻尼矩阵

3.1.4自振特性

3.2动力方程求解方法

3.3ANSYS有限元动力分析特征

3.3.1ANSYS有限元动力响应分析方法

3.3.2岩石材料非线性与ANSYS计算模型

3.3.3 ANSYS动力方程求解方法

3.3.4 ANSYS计算时间步长和空间离散尺寸

第4章小湾水电站高陡边坡开挖爆破震动动力响应分析

4.1概述

4.2计算模型

4.2.1模型概化

4.2.2锚杆锚索模拟的等效连续法

4.2.3模型物理力学指标和动力参数

4.2.4模型建立

4.3计算荷载

4.4较小规模预裂爆破动力响应分析

4.4.1网格划分

4.4.2模态分析结果

4.4.3时程分析结果

4.5较大规模的深孔梯段爆破动力响应分析

4.5.1网格划分

4.5.2时程分析结果

第5章爆破震动荷载作用下边坡变形破坏机理探讨

5.1爆破震动荷载作用下边坡变形破坏机理

5.1.1边坡渐进性破坏模式的提出与发展

5.1.2小湾边坡动力响应规律分析

5.1.3爆破荷载作用下边坡的渐进性破坏分析

5.2爆破震动破坏评价标准的提出

5.2.1小湾边坡爆破开挖安全控制标准评价

5.2.2爆破震动破坏评价标准模型的提出

5.3小湾边坡爆破开挖减震降震措施建议

5.3.1限制能量源

5.3.2优化爆破参数

5.3.3优化爆破网路

5.3.4爆破规模的控制

5.3.5尽量避免爆破震动积累损伤效应

第6章总结与展望

6.1主要工作

6.2主要成果和创新点

6.3展望

参考文献

硕士研究生在学期间公开发表的学术论文

致谢