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大断面超浅埋偏压高速铁路隧道爆破振动效应及仿真分析

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施工技术(中英文) 2024年第13期 32-36页

作者：祁子鹏师康宁中铁七局集团第四工程有限公司

为研究大断面超浅埋偏压段隧道爆破施工所产生的地表振动效应，提高隧道爆破施工的安全性，结合某高速铁路隧道工程，利用Midas GTS软件仿真分析超浅埋偏压隧道在爆破荷载作用下的振动效应。结果表明：隧道爆破成洞区在16m范围内存在空... 详细信息

为研究大断面超浅埋偏压段隧道爆破施工所产生的地表振动效应，提高隧道爆破施工的安全性，结合某高速铁路隧道工程，利用Midas GTS软件仿真分析超浅埋偏压隧道在爆破荷载作用下的振动效应。结果表明：隧道爆破成洞区在16m范围内存在空洞效应，超出此范围该效应将消失；成洞区至离爆源6m的未开挖区范围内存在浅埋侧振速大于深埋侧振速现象；浅埋侧T2方向峰值到达时间较深埋侧更快，而T1方向相反；浅埋侧T2方向速度初始峰值大于第二峰值，随着埋深的增加，初始峰值会小于第二峰值。

关键词：隧道高速铁路浅埋偏压爆破振动效应数值模拟

振动效应对铁路道砟剪切性能影响的离散元数值模拟

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力学与实践 2023年第1期45卷 42-53页

作者：王天芮黎旭严颖季顺迎大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连交通大学土木工程学院辽宁大连116028

铁路道砟在传递移动列车载荷时会产生明显振动及接触迁徙行为,从而诱发道床的破碎劣化及非均匀沉降变形,道砟材料的抗剪性能研究对于碎石道床动力学行为及维养评估非常重要。为进一步探究铁路道砟的剪切力学特性,基于Minkowski Sum理论... 详细信息

铁路道砟在传递移动列车载荷时会产生明显振动及接触迁徙行为,从而诱发道床的破碎劣化及非均匀沉降变形,道砟材料的抗剪性能研究对于碎石道床动力学行为及维养评估非常重要。为进一步探究铁路道砟的剪切力学特性,基于Minkowski Sum理论构造了扩展多面体单元,采用三维Voronoi切割算法生成了非规则扩展多面体道砟颗粒。通过最小投影方法对单元进行粒径识别和筛选,建立了符合铁路道砟级配要求的扩展多面体道砟模型数据库。对比了不同法向应力下铁路道砟准静态直剪试验及离散元模拟结果,验证了扩展多面体道砟接触参数的合理性。在此基础上,开展了振动效应下的道砟动态直剪离散元模拟研究,分析了振动角度、幅值及频率对道砟材料抗剪性能的影响。结果表明:构造的扩展多面体道砟离散元模型能够较好地反映非规则道砟间的强咬合互锁接触作用,并有效模拟直剪过程中的剪切应力-应变的变化及剪缩-剪胀行为。正则化下不同法向应力对应的铁道道砟剪切强度更适合采用幂函数拟合表示。振动场的存在会明显降低道砟颗粒的抗剪性能。当振动方向与剪切方向一致时(振动角度为0°),道砟的剪切强度被明显削弱;随着振幅及频率的增大,道砟颗粒的剪切强度也会显著降低。该研究表明在实际碎石道床性能评估中,需要更多地关注铁路道砟的动态抗剪性能。

关键词：铁路道砟离散元多面体直剪振动效应

钻爆法隧道原位扩建的振动效应分析与爆破方案比选

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工程爆破 2022年第5期28卷 135-142页

作者：吕荔炫福州市规划设计研究院集团有限公司福州350108

以福州市马尾隧道扩建工程为依托,通过精细化数值模拟对掏槽/无掏槽爆破方案进行比选。将延时爆破荷载逐段施加在各排孔段位的爆破轮廓线上,研究了扩建爆破时邻洞衬砌的振动效应和传播路径上的衰减规律。数值模拟结果表明:邻洞背爆侧振... 详细信息

以福州市马尾隧道扩建工程为依托,通过精细化数值模拟对掏槽/无掏槽爆破方案进行比选。将延时爆破荷载逐段施加在各排孔段位的爆破轮廓线上,研究了扩建爆破时邻洞衬砌的振动效应和传播路径上的衰减规律。数值模拟结果表明:邻洞背爆侧振速远远小于迎爆侧(平均降幅为68.7%);迎爆侧衬砌振速峰值总体呈现为上大下小;爆破振动在岩体中的水平传播中呈对数衰减,尤其是空洞的存在显著降低了爆破振动效应。将优化后的无掏槽爆破方案应用于工程实践,并对爆破振动进行跟踪监测,与数值结果较为吻合,且均在安全阈值之内。优化无掏槽方案较好地利用了既有空洞和重力作用,单耗低振动轻,宜作为隧道扩建工程的爆破首选方案。

关键词：隧道原位扩建爆破方案比选数值模拟振动效应

超临界CO2相变冲击波作用下地表面振动效应研究

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超临界CO2相变冲击波作用下地表面振动效应研究

作者：刘露重庆交通大学

学位级别：硕士

随着船舶大型化,长江干线各省份需要进一步提升航道等级,拓宽航道尺度,必然需要除礁破岩,在越来越注重生态环保、实现“双碳目标”的建设环境下,传统乳化炸药炸礁的生态危害突出。超临界CO相变致裂技术作为一种低振动、低噪声、无污染... 详细信息

随着船舶大型化,长江干线各省份需要进一步提升航道等级,拓宽航道尺度,必然需要除礁破岩,在越来越注重生态环保、实现“双碳目标”的建设环境下,传统乳化炸药炸礁的生态危害突出。超临界CO相变致裂技术作为一种低振动、低噪声、无污染、安全环保的非化学炸药破岩新技术,可有效解决破岩清礁问题。但由于CO相变致裂技术用于清礁的时间较短,相变膨胀诱发冲击波在岩石介质中的衰减机制研究尚不完善,CO致裂冲击波引起的地表振动特征研究鲜有开展。本文通过理论分析、现场试验以及数值模拟等手段,对超临界CO相变致裂冲击各阶段的状态参数进行理论计算,分析不同类型致裂管相变膨胀诱发冲击波在岩石介质中的衰减规律和冲击波引起的地面振动规律。主要研究成果如下:(1)结合超临界CO相变致裂的基本原理,自主研发了超临界CO致裂试验装置,实现CO充装压力、充装质量和温度的精确控制,通过CO致裂管膛压试验,获得了超临界CO相变致裂过程的膛压参数。(2)将超临界CO视为理想气体,依据流体动力学理论的质量守恒、动量守恒和能量守恒原理,建立相变膨胀整个过程的冲击波状态方程,获得不同致裂管类型、不同剪切片厚度下的相变冲击特性参数(破裂压力、冲击波波速、透射冲击波速、入射岩体应力)。基于冲击波的几何扩散性、Snell定律,建立了相变冲击作用下岩石介质冲击应力波衰减方程,分析了不同阻尼岩石的应力波空间衰减规律,表明冲击应力波在岩石中呈指数衰减关系。(3)将CO致裂引起的冲击波简化为柱面波,推导出了时域范围内的距离爆源不同距离处的地表质点振动速度计算公式,并通过MATLAB编制了计算程序,发现:地表振动速度大小受体波到达该点引起的振动以及相邻质点间速度差产生的二次面波叠影响,当面波的叠加间距小于0.1m时,能保证计算结果收敛。(4)利用LS-DYNA建立数值计算模型,对比分析了基于时域递归法的地表振动理论分析和数值模拟结果,验证了时域递归法的准确性。对超临界CO相变致裂在不同爆炸压力,不同最小抵抗线、不同钻孔半径下的地表质点振动规律进行了分析计算。并对比分析了等当量情况下炸药爆炸与超临界CO致裂引起的质点振动速度差异,发现,相变致裂的地表振动速度仅为等当量炸药爆破的1/78,CO致裂技术的减振效应明显。

关键词：超临界CO2 相变破岩冲击波时域递归法振动效应

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基于敏感度的人致振动舒适度分析

工程力学 2024年

作者：吴刚杰陈得意李智海吴时民长江大学城市建设学院

为实现人致振动舒适度定量分析，根据概率统计原理，引入“人体抗力”和“振动效应”两个概念，推导出敏感度数学定义；针对荆州市花台人行天桥进行现场实测，分析人体感知系数分别与人行桥自振频率、人行桥峰值加速度、行人舒适度系数... 详细信息

为实现人致振动舒适度定量分析，根据概率统计原理，引入“人体抗力”和“振动效应”两个概念，推导出敏感度数学定义；针对荆州市花台人行天桥进行现场实测，分析人体感知系数分别与人行桥自振频率、人行桥峰值加速度、行人舒适度系数、人群密度和舒适度隶属度之间的关系；基于敏感度与隶属度函数，提出舒适度定量计算公式。研究结果表明：人体感知系数与人行桥自振频率的相关性并不显著，人行桥峰值加速度和人群密度相关性最高，呈现出正比的关系。通过现场实测舒适度与公式计算所得的舒适度进行对比，在人群密度Tc=0.2、0.4、0.8、1.2人/m2四种工况下两种结果误差分别为8.6%、13.4%、11.6%、12.7%，其所得舒适度等级保持一致。

关键词：人行桥人行舒适度敏感度人体抗力振动效应定量计算

隧道掘进爆破诱发隧道后方开挖段地表振动效应分析

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岩土工程学报 2020年第10期42卷 1800-1806页

作者：陈士海刘小鸣张子华林从谋华侨大学土木工程学院福建厦门361021 福建省隧道与城市地下空间与工程技术研究中心福建厦门361021

针对目前在隧道已开挖区段地表振动效应理论研究的不足,从理论方面对隧道的地表振动效应进行了研究,并利用现场实测数据加以验证和分析。首先,对隧道掘进爆破模型进行简化,将掏槽孔的爆破简化为一系列球形药包的爆破,再利用保角映射将... 详细信息

针对目前在隧道已开挖区段地表振动效应理论研究的不足,从理论方面对隧道的地表振动效应进行了研究,并利用现场实测数据加以验证和分析。首先,对隧道掘进爆破模型进行简化,将掏槽孔的爆破简化为一系列球形药包的爆破,再利用保角映射将隧道已开挖段地表质点的振动问题转化为半空间内一系列球形药包的地表振动问题,最终得出已开挖段地表质点的振动速度计算方法。通过实际工程,对比了理论和实测的隧道轴线振速峰值分布曲线,验证了理论计算方法的可行性,同时利用理论计算方法探讨了隧道埋深对隧道轴线振速峰值的分布规律,发现隧道埋深较浅时,已开挖段振速峰值大于未开挖段的现象较明显,随着埋深的增加,该现象逐渐消失。

关键词：隧道爆破振动效应已开挖段振速峰值分布

考虑撞击区非线性和土-结构相互作用的飞机撞击核电厂振动效应分析

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核动力工程 2018年第5期39卷 69-74页

作者：孙渝刚程书剑李帅希葛鸿辉王晓雯袁芳上海核工程研究设计院有限公司上海200233

给出一种简化的飞机撞击核电厂振动效应的评估方法,首先给出了2种飞机撞击荷载模拟方法(力-时程法和飞射物-标靶相互作用法)所产生的核电厂振动响应特性及其传播规律;随后重点分析了核电厂撞击区材料非线性和土-结构的相互作用对核岛内... 详细信息

给出一种简化的飞机撞击核电厂振动效应的评估方法,首先给出了2种飞机撞击荷载模拟方法(力-时程法和飞射物-标靶相互作用法)所产生的核电厂振动响应特性及其传播规律;随后重点分析了核电厂撞击区材料非线性和土-结构的相互作用对核岛内部振动响应的影响;最后结合核电厂抗震裕度评价工作,给出了振动响应对核电厂核岛内部安全相关系统、设备和部件影响的评估实例。结果表明:2种飞机撞击荷载模拟方法所得核电厂撞击区最大变形及其变化规律基本一致,但飞射物-标靶相互作用法将包含更多的高频分量;随振动传播距离的增加,振动响应(特别是高频分量)衰减显著,且2种撞击荷载模拟方法所得响应将逐渐趋于一致。当考虑撞击区材料非线性后,飞机撞击核电厂所产生的振动响应将明显低于线性分析的结果;当进一步考虑土-结构相互作用后,其振动响应还将进一步减小;裕度地震反应谱可作为振动响应评估的参考准则。

关键词：飞机撞击振动效应非线性土-结构相互作用抗震裕度评价

循环爆破开挖下隧道围岩振动效应与损伤演化的模型实验

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爆炸与冲击 2016年第6期36卷 853-860页

作者：中国生敖丽萍付玉华惠州学院建筑与土木工程学院广东惠州516007 江西理工大学应用科学学院江西赣州341000

针对推进式循环爆破开挖下隧道围岩振动效应与损伤演化问题,按照相似比理论进行模型实验研究,实验模型采用1∶15比例浇筑制成。通过模拟隧道推进式循环爆破开挖方式,以同一测点处爆破前后岩体声速变化评价隧道围岩损伤程度,探寻爆破参... 详细信息

针对推进式循环爆破开挖下隧道围岩振动效应与损伤演化问题,按照相似比理论进行模型实验研究,实验模型采用1∶15比例浇筑制成。通过模拟隧道推进式循环爆破开挖方式,以同一测点处爆破前后岩体声速变化评价隧道围岩损伤程度,探寻爆破参量变化对振动效应的影响,探索围岩损伤演化与爆破次数之间的关系。研究结果表明:在最大段药量大致相同情况下,起爆段数对萨道夫斯基公式的介质系数K影响很小,而对萨道夫斯基公式的衰减系数α影响较大;隧道在推进式循环爆破开挖下,同一深度距离爆区相同的测点,其声速降低率存在较大差异,围岩的爆破损伤范围在深度和广度方面均具有典型的各向异性特征;当爆炸参量基本相同时,不同循环爆破开挖下测点的累积声速降低率呈非线性增长趋势;在推进式循环爆破加载下,围岩爆破累积损伤量D与爆破次数n之间存在非线性演化特性,不同的测点具有各自的爆破累积损伤扩展模型,距离爆源越近爆破损伤扩展越快,围岩爆破累积损伤效应具有典型的非线性演化特性和各向异性特征。

关键词：爆炸力学振动效应模型实验隧道开挖循环爆破加载围岩损伤

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西宝高铁黄土地区路基振动效应空间分析研究

铁道工程学报 2017年第8期34卷 28-33页

作者：孟祥连周福军中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

研究目的:伴随我国西部大开发、"一带一路"、"八横八纵"高速铁路网等重大工程战略的深入建设,西部黄土地区高速铁路、客运专线等高等级的轨道交通项目越来越多。为研究高速列车通过时对周边地面地层体的环境效应,本文选择某典型路基工... 详细信息

研究目的:伴随我国西部大开发、"一带一路"、"八横八纵"高速铁路网等重大工程战略的深入建设,西部黄土地区高速铁路、客运专线等高等级的轨道交通项目越来越多。为研究高速列车通过时对周边地面地层体的环境效应,本文选择某典型路基工程开展现场振动效应实测,分析振动沿地表、地下深度的强度、时程、频谱等空间特征,以期为同类工程设计和工程措施设置提供基础支持和理论借鉴。研究结论:(1)黄土地区高速列车运行产生的振动荷载,对周边地面地质体沿地表、地下深度产生空间环境效应;(2)列车引起的振动强度随距离增大、深度增加而衰减,衰减快慢在一定位置产生变化;沿水平、垂直方向振动强度与列车速度、列车轴重呈正比例关系,振动持续时间与列车长度呈正相关关系;振动频率分布沿地表与列车速度呈负相关关系,在垂直方向随深度增加越集中;(3)黄土的结构性、非均匀性,使得振动在局部位置产生反弹增大现象;(4)该研究成果可为高速铁路路基工程设计提供技术支持,并可为同类岩土工程建设提供理论借鉴。

关键词：高速铁路黄土地区路基工程振动效应现场测试空间分析