独头隧道爆破冲击波传播特征与爆源因素影响分析

为评估在隧道爆破冲击波作用下人员安全和建筑物毁伤问题,需要明晰施工隧道与交通隧道内爆破空气冲击波传播特征的区别。利用ANSYS/LS-DYNA软件对比分析独头与双向开口隧道内冲击波传播过程的差异性,研究爆源等效炸药当量、炸药多孔起爆及爆源位置等因素对爆破冲击波传播影响机制。结果表明：独头隧道内爆破冲击波传播经历三维球面波逐渐转换至一维平面波的3阶段变化模式,且独头隧道端部边界约束初始球面波几何扩散,经壁面反射叠加的超压增幅达20%;爆源炸药当量影响着波阵面变化,3阶段变化模式的波阵面转换位置与炸药当量呈幂函数负相关关系,随炸药当量提高而在更接近爆源位置转换;多炮孔起爆工况近场超压更大,而进入远场一维平面波传播区域,多炮孔起爆和爆源位置对冲击波超压分布特征影响有限;与单个爆源中心起爆工况相比,超压相对误差小于5%。     

井下大爆破直通巷道冲击波超压的预测研究

为减小爆破冲击波对井下人员和设备的影响,利用NUBOX-9012爆破冲击波智能监测仪及配套的冲击波传感器监测爆炸冲击波现场,并运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟爆破冲击波在直通巷道内的衰减过程,提取数值计算的结果,经数据拟合得到一端开口的直通巷道冲击波超压预测公式中的未知系数b1、b2和b3,将直通巷道内不同药量、不同距离处的原始数据代入冲击波超压预测公式得到巷道超压峰值,并与实测值对比。结果表明:预测误差在合理范围内,该冲击波超压峰值预测公式适用于预测井下直通巷道的冲击波超压峰值。     

挡板缓冲下煤与瓦斯突出冲击波传播减能机制研究*

为揭示煤与瓦斯突出冲击波在挡板缓冲条件下能量耗散规律,利用流体动力学理论建立突出冲击波在挡板缓冲下的传播特征分析的数学模型,分析突出冲击波沿巷道衰减的影响因素,基于不同的突出压力条件下煤与瓦斯突出物理模拟试验和数值模拟结果,研究沿着直巷道突出冲击波在挡板缓冲下能量的削弱机制和传播规律。研究结果表明:矿井突出冲击波能量的衰减程度主要与突出压力、输运煤粉做功和巷道横截面积有关,突出压力与冲击波传播超压成正相关关系,巷道横截面积是人为削弱冲击波能量最有效的途径;根据不同的突出压力,突出冲击波超压沿巷道主要表现为急剧增大,然后压力逐渐降低;挡板缓冲下反射冲击波与突出入射冲击波叠加的二次加速作用,导致挡板装置断面前后空间局部能量变大,但总体能量是减弱的,降低了突出冲击波的传播距离;通过理论分析、物理试验和数值模拟所得结果基本一致。     

水下爆破振动及冲击波传播规律数值模拟分析

为了分析研究介质水深度的变化对水下爆破振动波和爆炸冲击波传播衰减规律的影响，采用LS-DYNA软件对不同水深条件下的水下爆破炸礁过程进行了数值模拟分析，通过在数值分析模型中的不同节点位置设置的监测点，得出了在不同水深条件下的爆破振动及冲击波检测数据，结合非线性回归分析方法，得出了可以表征水下爆破振动速度及冲击波强度传播衰减规律的数学模型。经现场测试数据验证，爆破振动速度预测模型的精度为91.75%，冲击波强度的预测精度为87.94%，为水下爆破有害效应的控制提供了依据。     

不同曲率弯曲巷道爆炸冲击波传播特性数值模拟研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道内的传播规律,采用数值模拟手段建立了不同曲率弯曲巷道爆炸模型,分析了爆炸冲击波在巷道内的传播特性及其变化规律, 并结合冲击波超压对人体的伤害程度分类,研究了不同曲率弯曲巷道内爆炸破坏效应分区。模拟结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,随着巷道弯曲角度的不断增大,壁面反射对冲击波超压峰值分布起主要作用,随着传播距离的增加,冲击波超压峰值衰减显著,体现了超压峰值变化的距离效应。此外,巷道弯曲角度的增加整体减小了爆炸损伤严重程度。研究结果可实现对不同曲率弯曲巷道内冲击波超压分布的预测,并为巷道内爆炸事故预防及应急救援提供借鉴。     

大断面高铁隧道掘进爆破振动传播规律研究*

为研究隧道爆破掘进振动规律并合理控制爆破振动危害，对京张高铁大断面南口隧道爆破掘进过程进行实时监测，并对监测结果进行线性回归分析，求得3个监测方向的场地系数K和衰减系数α值以及爆破振动峰值速度衰减回归方程，通过FFT法计算出主振频率和爆破振动波的振动频率范围，利用ANSYS/LS-DYNA对爆破工程进行数值模拟。结果表明:喷锚支护和监测方向对爆破振动衰减回归分析影响较大；主振频率和爆破振动波的振动频率分布范围为50~300 Hz，无需考虑周边建筑共振情况,与周边古建筑和临近隧道的最小安全距离分别为147 m和12 m；数值模拟与实际结果对比发现二者振动峰值略有差别但整体趋势基本相同，证明建立模型的有效性。     

爆炸空气冲击波在巷道转弯处的传播特性

为了探索爆炸空气冲击波在巷道内的传播规律,进行了数值计算和理论分析,讨论了爆炸冲击波通过45°弯曲巷道后的压力变化过程.研究结果表明: 爆炸空气冲击波通过45°弯曲巷道后的压力分布复杂,空气冲击波逐渐恢复为平面波需经过4倍等效巷道直径的距离传播.在该4倍等效距离内,冲击波反射叠加,在巷道外侧壁面Mach反射点取得超压最大值,恢复平面波以后超压随距离呈单调衰减.     

瓦斯爆炸在角联通风管网中的传播特性研究*

为研究真实通风工况下瓦斯爆炸冲击波在复杂管网内的超压演化规律及高温传播规律,采用数值模拟方法,研究角联通风管网模型中各个监测点在不同通风条件下对瓦斯爆炸冲击波超压及高温的影响规律,研究结果表明:瓦斯爆炸冲击波在角联管网传播过程中产生3个局部高压区域,高温气体主要在左、右通路内传播,斜角联分支内只受到微弱影响;管网入口风流的存在,使得爆炸初期冲击波超压经相同距离传播用时更短,峰值更大,破坏力更强;风流的存在使得管网内高温气体传播状态发生改变,斜角联分支与左通路尾部热量发生积聚,温度峰值更大。     

大跨度暗挖地铁车站台阶法施工沉降特点研究

以青岛某地铁车站工程为背景,针对大跨度地铁车站主体隧道台阶法施工,利用M IDAS／GTS仿真数值模拟软件对不同台阶数量的开挖方案进行模拟研究,并结合工程现场监测数据,经过对比分析得出基于坚硬岩石地层条件下大跨度地铁车站台阶法施工沉降特点,从地表沉降控制的角度提出合理的台阶数量,为类似工程的开挖方案设计与施工沉降控制提供参考依据。     

大型地下洞室施工期间排烟数值分析及需风量计算方法研究

对大断面洞室在爆破后工作面烟气快速达标的影响因素进行了事故树分析,基于分析的要素运用Fluent仿真模拟软件对其开挖爆破后的通风排烟进行了仿真模拟。通过改变风筒的风量值,对不同断面的洞室进行了数值模拟试验。结果表明:大断面洞室烟气稀释时,不同的风筒送风量导致排烟时间不同,但总需风量体积基本保持定值;对总需风量体积影响较大的因素是洞室的全断面;洞室内距掌子面200 m左右范围内风速方向、大小不断变化,形成涡流。将数值试验结果与已有的矿用风量计算公式进行对比分析,并对其进行修正,得出大断面洞室在爆破开挖时,稀释烟气所需总风量计算公式,该公式适用于断面在200~600 m2的大型地下洞室爆破后排烟需风量的计算。     

隧道掘进爆破振动对围岩影响的HHT分析

为了探究隧道掘进爆破振动信号在围岩等级改变处的传播衰减特性,以新建铁路北京至沈阳客运专线（辽宁段）TJ-1标三棱山隧道为工程背景,采用理论分析与现场试验相结合的方法,基于TC-4850监测试验数据,对爆破质点振速时程曲线进行EMD分解和Hilbert变换。依据测点3个方向的边际谱和瞬时能量谱,分析爆破振动能量在时域和频域的分布规律,进而可以得出各频带的能量百分比以及总能量与距离的关系曲线。通过分析地震波信号沿隧道围岩传播衰减性质可以得出:爆破振动能量在频域上分布具有各向异性,而且在垂直方向上具有数量比例高、所占频带低的特点;隧道掘进爆破振动总能量在围岩等级改变处出现“断崖式”衰减,且在Ⅳ级围岩中相对衰减率更高,衰减更为迅速。     

基于超压值地铁上覆管道爆炸对隧道及人员安全影响研究*

为分析地铁上覆管道爆炸对乘客安全影响,采用基于超压冲击波阀值数值模拟,通过将泄漏气体能量等效为TNT当量,分析不同泄漏模式爆炸冲击波对地铁隧道及人员安全影响。结果表明:爆炸产生的超压冲击波对隧道及人员影响小于限值,不会造成人员伤亡,研究结果可为地下工程下穿油气管线安全影响分析提供理论支撑。     

挡气板对综合管廊燃气舱爆炸冲击波传播规律影响研究

为研究挡气板对综合管廊燃气舱爆炸冲击波传播影响规律,采用Fluent模拟软件,研究三维燃气舱模型中不同挡气板间距下燃气爆炸后超压变化规律,探究不同间距挡气板对抑制燃气舱内爆炸冲击波传播效果.结果表明:挡气板对燃气舱中部超压影响较小,对顶部超压变化影响较大,导致燃气舱顶部挡气板处超压峰值激增;当气体填充区长20 m,挡气...     

综合管廊燃气舱结构形式对燃气爆炸超压的影响*

为研究地下综合管廊燃气舱结构形式对燃气爆炸超压的影响,采用数值模拟的方法,改变燃气舱高度,通风分区长度和局部开口大小,分析不同情况下的燃气爆炸超压变化规律。结果表明:冲击波传播速度随燃气舱高度的增加而减小,随着高度的增加,超压峰值曲线由“驼峰状”逐渐变为两端高中间低的“盆形”,爆炸过程产生的最大超压与高度成反比关系。超压峰值在340 m处接近0 kPa,延长通风分区并不会增加超压峰值,可以在考虑防火的要求下根据实际情况适当延长通风分区的长度。局部开口的存在使得爆炸气流能够自由泄压,超压峰值与开口的大小成反比关系。     

Estimation of pressure distribution for shock wave through the bend of bend laneway

Propagation of the air shock wave caused by explosion via the bend of a bend laneway has obvious nonlinear characteristics, compared with its propagation in a straight laneway. These characteristics are important bases to analyze the accident of gas explosion in underground mines and to estimate the blast resistance of underground structures in mines. In this work, the rule of the shock wave propagation via the laneway bend and the pressure distribution are studied by means of the numerical simulation approach. Theoretical results show that attenuation of the peak overpressure with distance does not obey exponent law when the air shock wave goes through the laneway bend. At some locations within the bend zone, the overpressures are higher than ones around those locations, the front of original plane wave bends in the bend of the laneway and after passing through the bend, it gradually returns to the state of plane wave propagation. There is a span dependent on the cross section dimension of laneway and the bend angle and increasing with the bend angle, in which the peak overpressure of shock wave does not uniformly attenuate with distance. When the bend angle is equal to 135°, this span is about five times as long as the corresponding equivalent diameter of the laneway. Additionally, the impulse of air shock wave attenuates uniformly via the laneway bend. On the end section of the complicated pressure distribution area in the bend, it is 66.65–98.7% of that in the straight laneway at the same scaled distance.     

下穿铁路隧道爆破振动分析及控制方法研究*

为了系统研究下穿铁路隧道的爆破振动响应规律及安全控制方法,通过现场实测及数值模拟方法展开分析。首先,根据实测结果得到可以反映爆破振动速度分布特征的回归模型,并基于此得出隧道爆破施工允许的最大单响药量值;其次,采用FLAC3D平台建立三维数值模型,通过现场实验结果对模型的可靠性进行校核;根据数值模拟结果,得到适用于下穿隧道控制爆破施工的安全距离的建议值。研究结果表明:隧道空洞效应对爆破振动传播规律存在一定影响,研究结果可为类似的下穿隧道爆破施工提供1种新的控制方法及控制思路。