预裂爆破在隧洞施工中的应用

为减小南山下隧洞开挖爆破对围岩的破坏和对上部结构的影响,采用浅眼多循环、预裂爆破技术等措施,计算了线装药密度、炮孔数目、炮孔间距、炸药单耗、装药量等参数,并运用严格控制单次起爆药量、间隔装药、反向起爆和微差爆破等措施,有效控制了爆破的地震动强度,质点振动速度没有超过控制标准,实施爆破后隧道开挖轮廓整齐,对围岩扰动较小,确保了施工安全和工程质量,同时减少了超挖量及衬砌工程量,降低了造价。     

公路隧道钻爆施工对水库及水库设施影响分析

公路隧道钻爆法施工对临近建构筑物造成的安全影响不容忽视。以隧道下穿既有水库及溢洪道水库设施施工为例,通过对坝体,围岩的振动监测,分析爆破地震波的振动特征,并采取爆破规范控制标准对其振动安全进行分析。结果表明控制掏槽孔装药量,合理的掏槽布置和装药结构是决定隧道开挖爆破的关键,爆破引起的坝体振动速度小于坝体允许振动速度,对溢洪道的影响较大,因此采用台阶法施工可以控制对坝体影响,但对近距离水库设施须采取相关措施控制爆破。     

场地⁃隧道⁃地上建筑结构体系地震响应的振动台试验∗

在土体?结构体系动力响应研究中,输入地震动特性是必须考虑的关键因素。分别考虑地震动的频谱特性差异和速度脉冲特征,选取了两条不同类型的地震动加速度记录及一条人工合成地震动时程作为输入地震动,设计并开展了隧道与地上建筑结构体系模型的振动台试验,基于试验数据分析了地震动频谱与速度脉冲特性对隧道与地上建筑结构动力响应的影响。结果表明：场地?隧道?地上结构体系地震响应中,隧道与地上结构的相互作用效应显著,地上结构的存在对地下隧道地震响应的较高频响成分有更显著的影响;相互作用效应显著地受到场地输入地震动频谱特性的影响;输入地震动的速度脉冲特性对隧道响应的影响主要表现在较高频范围,而对地上结构响应的影响不只表现在较高频范围,对周期 1.0~2.0 的频率范围的响应也具有明显增大作用。     

浅埋小净距隧道掘进爆破引起的地表振动特性模拟分析

基于隧道钻孔爆破时岩体的破坏过程及应力波传播特性,提出了能用于快速计算模拟爆破地震场的等效荷载施加方法。采用等效荷载施加方法对重庆双碑隧道浅埋段掘进爆破时的地表振动进行了数值计算,并将数值计算结果与现场实测振动数据对比分析,验证了该等效荷载施加方法用于模拟计算地表爆破振动特性的可行性。最后,通过计算浅埋小净距隧道两侧隧道掌子面处于不同位置关系时的地表振动情况,得到非主爆隧道开挖后形成的空洞区将对其上部的地表振动强度具有一定的放大作用,且放大倍数与该隧道掌子面同主爆隧道掌子面间的位置相关。     

基于PRA方法的上软下硬地层隧道施工风险评估研究

针对目前遇到上软下硬地层隧道施工期间安全风险研究中存在的问题,综合考虑上部软弱地层拱部开挖安全风险、下部较硬地层采用爆破施工安全风险,以及其相互影响、风险事件发生概率不一致等因素,采用PRA方法进行了上软下硬地层隧道施工安全风险评估。并以金台铁路五峰山隧道工程建设为依托,基于PRA理论对上软下硬隧道洞身开挖进行风险辨识、分析及评价。案例分析结果表明,PRA方法可实现对隧道施工过程中风险进行有效评估,研究可作为同类工程项目风险管理重要的参考依据。     

断层错动和地震动共同作用下跨断层隧道的损伤分析∗

大量的历史实例表明,跨断层隧道在地震中会受到严重的破坏。因此,跨断层隧道在断层错动作用下的破坏机理被广泛研究。然而,对在地震现象中占比最高的构造地震而言,断层错动和地震动是形影相随的,将两者分开考虑存在局限性。文章采用三维有限元模型模拟并量化了断层错动单独作用、地震动单独作用和断层错动-地震动共同作用三种加载方式下隧道结构的损伤情况,结合耗散能指标对断层错动和地震动共同作用对跨断层隧道的影响展开了分析。结果表明,在发生断层错动时,地震动对隧道的影响是不可忽略的,在分析中考虑地震动是必要的;断层错动和地震动共同作用时,由于累积损伤,地震动造成的破坏比地震动单独作用时明显加剧。     

穿越活动断层隧道抗减震措施及适应性研究

依托格巧高速某穿越活动断层公路隧道,建立了考虑隧道-围岩-断层相互作用的三维地震响应计算模型,研究了设置减震层、减震缝、柔性接头等单一措施和组合措施下的隧道结构地震响应规律,探讨抗减震措施的减震效果及适用性。结果表明：横向地震作用下,3种单一减震措施均能有效降低衬砌结构的地震损伤,但不同措施的减震效果有所差异。采取减震层时,减小了整个结构地震响应,降低了结构在断层区域的应力集中程度。采取减震缝、柔性接头时,明显减小了损伤分布范围,起到了隔断衬砌损伤蔓延的作用,但局部损伤值降低不明显。组合措施下,结构的拉、压损伤分布特征与单一措施下的相似,但进一步限制了地震动及断层错动对隧道结构损伤的影响范围。地震动强度和地震波入射方向对结构地震损伤有重要影响。随着地震动强度的增大,衬砌损伤范围迅速增大,损伤严重程度急剧增加。地震波入射方向对结构地震损伤的影响由小到大依次为：竖向、横向、斜向和纵向地震动。组合减震措施对竖向地震动的适用性好,而对纵向地震动的适用性差,采取的抗减震措施需要考虑地震动入射方向。所得结论可为高烈度区穿越活动断层隧道抗减震提供参考。     

爆破地震波模拟研究

从工程实际出发,基于非平稳随机过程模型,首先确定要模拟的爆破震动信号的功率谱并将其作为目标谱,在所需研究的爆破震动频率范围内产生一定数量的随机数来作为模拟爆破震动波的频率,在假设爆破震动信号是由不同频率的谐波函数合成的基础上,利用谐波函数叠加的方法合成需要模拟的爆破震动。根据提出的数学模型,编制了相应的计算程序,实现了爆破地震波的人工模拟。提出了模拟两点(微差)爆炸和多点(微差)爆炸产生的地震动时程的非平稳随机过程实用模型,模拟了两点(微差)爆炸和多点(微差)爆炸产生的爆破地震波时程特性。结果表明,模拟得到的爆破地震波时程能够很好地再现爆破地震波的特性。     

桥梁相邻结构相对位移反应谱研究

基于相干函数和我国抗震设计规范定义的反应谱模拟了空间变化地震动,计算了桥梁相邻结构在不同视波速和相干程度空间地震动激励下的相对位移反应,以此确定为避免桥梁相邻结构碰撞所必需的伸缩缝最小间距,并分析了地震动空间变化和结构振动特性对桥梁相邻结构最大相对位移反应的影响。结果表明:地震动的空间变化对桥梁相邻结构的相对位移反应有着重要影响,当桥梁相邻结构拥有相似的振动频率时,影响最大;抗震设计标准推荐的调整相邻结构基本频率相近而减小相邻结构间的相对位移,从而达到避免结构碰撞的建议,仅在地震动空间变化效应可以忽略的前提下才有效。     

合成地震动空间相干性的震源机制影响

地震动的空间相干性是构建大跨度空间结构的多点地震动输入的关键环节。但由于大震近场地震动记录的匮乏,使得研究地震动空间相干性中的震源影响较为困难。本文基于地震动合成的运动学模型,合成由不同震源机制引起的地震动场,并借助Loh模型对合成地震动场的相干系数进行拟合,分析震源机制变化对地震动空间相干性的影响规律。研究表明：合成地震动场的相干系数,随两点间距离、频率的增加而降低,与基于密集台站记录的地震动空间相干性的普遍认识相符,表明用合成的地震动场研究空间相干性是可靠的。断层走向、倾角和滑动角中,断层走向与倾角对空间相干性影响较为显著且表现出一定规律性,滑动角对相干性的影响显著且有明显规律性。     

传播介质特性对爆破振动衰减规律的影响

以《工程岩体分级标准》为依据,量化作为爆破地震波载体的传播介质的特性,并采用离散单元法分析爆破地震波在传播介质中的衰减过程。数值模拟过程中详细阐述了爆破荷载、介质阻尼及相关参数的确定方法,分析了传播介质特性对爆破振动速度衰减规律及萨道夫斯公式中K、α值的影响。研究表明,在爆破荷载作用下,近距范围内爆破振动速度迅速衰减,中远距范围内爆破振动速度衰减趋缓;传播介质为Ⅰ~Ⅲ级岩体时,随着岩体质量降低,K值有增大趋势,对于Ⅳ~Ⅴ级岩体,K值变化没有明确的规律;α值总体上具有随岩体质量降低而增大的趋势,K、α值具有与爆破振动速度近似相同的增减关系。     

深基坑支护开挖对临近地铁隧道结构的影响分析研究

通过数值计算,采用考虑基坑开挖过程中土体剪切模量随应变增大而衰减特性的HSS模型,研究了基坑开挖卸荷作用下,邻近地铁隧道的埋深、隧道和基坑地连墙距离及刚度比等关键因素对地铁结构附加弯矩和附加位移的影响。结果表明:对于坑底隧道,在地下墙埋置深度范围内,与地连墙水平距离越大,隧道的侧移越小,在地下墙埋深以下,隧道侧移随与地连墙水平距离的增大而增大;通过比较坑侧与坑底隧道的附加弯矩与位移,得出地连墙底附近区域因基坑开挖卸荷引起的隧道附加弯矩较大,出现应力集中和明显的隧道-土-挡墙相互作用效应,坑侧隧道水平附加位移普遍大于竖向附加位移;此外,隧道与地连墙刚度比增大,对挡墙侧移和隧道附加位移都有明显的抑制作用。该研究揭示了基坑开挖作用下隧道-土-挡墙之间的相互作用规律,对深基坑开挖优化设计以及临近地铁结构的保护和安全运行具有一定的指导意义。     

滨海软土中爆炸冲击对盾构隧道的影响研究∗

随着地下工程与城市管网的布设日益发展,在规划设计阶段往往需要考虑潜在发生的安全事故影响,确定安全距离。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合天津滨海新区饱和软土特点,分析了可能发生的燃气管线爆炸所产生的冲击荷载对土中埋置盾构隧道的结构安全影响。运用有限元数值模拟,得到了隧道与管线的间距—隧道结构振速峰值的曲线关系;通过对标相关规范的振速限制,得到不同燃气压力下隧道—管线的安全避让距离关系。结果表明:随着燃气管道压强的增大,隧道—管线的安全避让距离呈现先增大后平稳的趋势。结论对于爆破与防护工程设计均具有重要的参考价值。     

地下厂房爆破开挖对混凝土吊车梁的影响研究

爆破荷载对锚固梁作用的研究是水电工程防灾减灾的一个热点问题。结合泰安蓄能电站地下厂房爆破开挖工程,应用有限元程序,建立了简化模型,把三维问题转换成二维平面问题,对爆破作用下的锚固梁的振动响应进行了模拟,得到速度场和应力分布场,指出了工程中应该注意的问题;用工程实测数据进行比较,证明了模拟结果的正确性。     

爆破对深路堑开挖边坡稳定性的影响分析

依据工程地质勘察结果,论述了爆破地震波对岩石边坡失稳的影响程度和作用机制.     

地铁运行引起的地面振动分析

随着城市地铁建设的快速发展，地铁列车运行引起的环境振动问题已引起社会各界的广泛关注。以软件ABAQUS为计算平台，建立了隧道一地基动力相互作用分析模型，给出了模拟地铁列车振动荷载的表达式。以南京地铁沿线典型场地条件为研究对象，采用修正Martin—Seed—Davidenkov动粘弹塑性本构模型描述土的动力特性，分析了地铁列车运行引起的地表振动特性，给出了地铁隧道断面几何形式、隧道埋深、两平行区间隧道间的净距和场地条件等因素对地表振动特性的影响规律，为地铁选线和地铁邻近建（构）筑物的减、隔振设计提供参考依据。     

沪宁城际铁路高架桥段CRH动车组运行引起的地面振动现场测试与分析

对沪宁城际铁路CRH动车组运行引起的高架桥段地面振动竖向速度和加速度进行了现场测试,分析了地面振动特征及其传播的衰减规律。结果表明:CRH动车组运行引起的地面振动主频在70Hz以下,属于低频振动;地面振动峰值速度和加速度随着离高架桥距离的增大而减小,20m以内地面振动衰减幅度较大;地面振动峰值随列车时速的提高而增大,车厢数量对地面振动峰值和主频成分的影响不明显;CRH动车组运行引起的地面振动对一般性建筑物影响不大,列车时速为300km左右时,地面振动速度超过办公室等公共建筑的允许值,列车时速为200km左右时,地面振动速度超过居民住宅的允许值;与其他高速铁路的地面振动实测值相比,沪宁城际铁路CRH动车组运行引起的高架桥段地面振动强度相对较低。     

双向振动条件下的饱和砂土动强度特性试验研究

利用全自动静动三轴双向耦合剪切仪,分别在均等固结和非均等固结条件下,进行了福建标准砂的动三轴不排水剪切试验,对比分析了轴向振动、径向振动、相位差分别为0°和180°的轴向-径向耦合振动等不同振动方式对饱和砂土动力特性的影响。试验结果表明,无论是均等固结还是非均等固结条件下,只要在最大剪应力面上的动剪应力水平相同,4种剪切方式对动应力-应变关系及动强度的影响都并不显著。     

振动频率对饱和软粘土相关性能的影响

通过循环三轴试验研究，振动频率对软粘土应力-应变关系、孔压、动强度以及动模量的影响。以转折应变为破坏标准，得到了不同振动频率下软粘土的动强度曲线。随着振动频率的增大，土体动强度增大，但当振动频率大于2Hz后，动强度的增幅减小。随着动应变的增大，动弹模量逐渐减小；频率越低，相同动应变下的动模量越小，频率越高，动模量越大。     

山区地形条件下高架轨道交通引起地面振动实测研究∗

考虑地形对轨道交通振动衰减的影响,对重庆轻轨6号线经过典型斜坡及陡崖地形的高架段进行现场测试。分析了振动频谱特性以及振动速度级沿轨道中心线及45°、90°三个方向的衰减规律。研究结果表明:列车引起地面振动主要频率分布在50 Hz两侧附近,各距离处频率分布不受地形影响;地表振动从桥墩承台传至周围土体中会出现较大的放大;振动沿斜坡和陡崖衰减速度慢于平面,在平面上衰减先快后慢,在斜坡方向则先慢后快,同时地面振动随距离衰减呈现出波动性,在90°方向距轨道中心线13 m附近出现了振动放大区;列车运行具有明显的偏载效应,近轨列车引起振动在承台上随距离增大,远轨列车引起振动随距离减小。