论文摘要
随着我国交通事业的蓬勃发展,穿越闹市区的隧道工程将会越来越多。由于工程条件的限制,这些隧道有很大一部分需要采用爆破方法去进行开挖,爆破产生的震动效应有可能危及到周围建筑物的安全。为此,如何预测和控制爆破震动效应以保障建筑物的安全,已成为当前隧道工程和爆破工程界亟待解决的一项重要课题。本文以嘉华大桥工程的嘉华隧道掘进开挖爆破的振动安全监测项目为依托,结合大量现场实测数据,将隧道掘进爆破振动场作为研究对象,主要进行了以下几个方面的工作:①对岩石爆破破岩机理和理论模型进行阐述,指出影响岩石爆破的因素,阐述爆破地震波的类别及特征,并分析国内外爆破振动评判标准。②对施工爆破的爆破振动进行监测,获得大量的监测数据,利用最小二乘法对实测数据进行回归分析,确定该地段经验公式预测方法中的k,α值,得出该地段隧道开挖爆破地震波传播规律。并对实测数据FFT分析,得出该地段隧道开挖爆破地震波的波谱特性。③以嘉华隧道掘进开挖爆破工程的设计数据和实测数据为样本,运用灰色关联分析方法得出影响爆破震动效应的关键因素。④运用动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA对隧道掘进爆破过程进行模拟,得出隧道掘进爆破振动的传播规律,应用FFT对得到的地震波进行了频谱分析。并将实测数据与之对比,证明建立的模拟方法可对实际工程爆破振动影响进行预测和分析。⑤以控制爆破理论为基础,结合灰色分析和数值模拟结果,提出合理的降震措施,使该隧道开挖施工爆破中的地面振动速度控制在安全范围以内,确保了施工段地面建筑群和该隧道工程开挖爆破作业的安全。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 课题目的及意义1.1.1 目的1.1.2 意义1.2 研究现状及评述1.2.1 岩石爆破理论方向1.2.2 爆破振动监测方向1.2.3 隧道掘进爆破地震效应方向1.2.4 隧道掘进爆破震动效应控制方向1.3 研究背景1.4 主要研究内容1.5 研究方法与步骤2 岩石爆破理论及地震波特性2.1 岩石爆破的破岩机理2.1.1 岩石爆破的破岩机理2.1.2 岩石爆破理论模型2.1.3 影响岩石爆破性的因素2.2 爆破地震波的特点2.2.1 爆破地震波的类型2.2.2 爆破地震波的基本参数2.3 爆破振动评判标准2.3.1 国外爆破振动评判标准2.3.2 国内爆破振动安全判据2.4 小结3 城市隧道爆破振动监测及特性分析3.1 嘉华隧道工程概况3.2 爆破振动监测系统3.2.1 测试目的3.2.2 测试系统3.2.3 测试设备3.2.4 测试参数3.2.5 测点布置3.3 监测结果回归分析3.3.1 振动监测结果3.3.2 数据分析原理3.3.3 爆破地震波振动数据回归分析3.4 爆破地震波振动特性分析3.4.1 爆破地震波的时域分析3.4.2 爆破地震波的频谱分析3.5 小结4 城市隧道爆破震动效应分析4.1 灰色关联分析4.1.1 灰色关联分析原理及应用4.1.2 灰色关联分析的基本概念4.1.3 灰关联分析的计算步骤4.2 灰色关联分析矩阵的VB 计算程序4.2.1 VB 程序简介4.2.2 部分VB 程序代码4.3 工程实例分析4.3.1 分析样本4.3.2 系统特征变量和相关因素变量的选择4.3.3 灰色关联矩阵的计算4.3.4 结果分析4.4 小结5 城市隧道掘进爆破振动数值模拟5.1 ANSYS/LS-DYNA 程序算法原理5.1.1 动力有限元方法简介5.1.2 ANSYS/LS-DYNA 动力分析功能综述5.1.3 ANSYS/LS-DYNA 的一般分析过程5.1.4 控制方程和空间有限元离散化5.1.5 沙漏粘性与人工体积粘性控制5.1.6 应力计算5.1.7 时间积分5.2 数值模拟计算模型5.2.1 岩体介质力学模型5.2.2 炸药爆炸控制模型5.2.3 时间步长控制5.2.4 无反射边界5.2.5 算法选择5.3 模型建立及参数选取5.3.1 模型的建立5.3.2 参数的选取5.4 模拟结果分析5.4.1 不同段数爆破数值模拟5.4.2 微差爆破数值模拟5.4.3 不同掘进进尺爆破数值模拟5.4.4 模拟结果分析5.4.5 工程实测数据与数值模拟数据比较5.5 小结6 城市隧道爆破震动效应控制6.1 控制爆破基本理论6.1.1 控制爆破的定义6.1.2 控制爆破原理6.2 隧道控制爆破措施6.2.1 控制爆破基本措施6.2.2 城市隧道控制爆破措施6.3 工程实例6.4 小结7 结论与展望7.1 结论7.2 展望致谢参考文献附录
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