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深部隧道爆破开挖诱发围岩损伤与扰动效应数值分析

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水文地质工程地质 2023年第5期50卷 117-123页

作者：余浪浪王志亮汪书敏李松玉合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

现阶段,不同地应力条件下深部岩体受爆破作用的损伤破坏分析尚显不足。为了研究深部隧道围岩爆破开挖损伤破坏规律,基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用Riedel-Hiermaier-Thoma本构模型,对不同地应力环境下隧道爆破效果影响因素、围岩扰... 详细信息

现阶段,不同地应力条件下深部岩体受爆破作用的损伤破坏分析尚显不足。为了研究深部隧道围岩爆破开挖损伤破坏规律,基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用Riedel-Hiermaier-Thoma本构模型,对不同地应力环境下隧道爆破效果影响因素、围岩扰动范围等问题进行数值分析。结果表明:双向等压隧道的断面损伤程度与地应力水平呈负相关;随着地应力上升,地应力对隧道底板的损伤抑制作用渐为明显;隧道腰部围岩受爆破扰动较为突出,其应力和振动速度均随侧压力系数增大而大幅升高,且振动速度增幅超过40%,明显高于顶部围岩;在垂直应力20 MPa条件下,腰部测点应力、振动速度幅值随侧压力系数增加而增大的趋势较缓;当垂直应力升高至60 MPa时,侧压力系数对围岩扰动的影响较大。相关结论对实际工程施工具有重要指导意义,同时对隧道围岩稳定性监测与支护参数优化具有一定参考价值。

关键词：深部隧道爆破开挖围岩扰动损伤数值模拟

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爆破开挖对岩体含水裂纹扩展的扰动机制

岩土力学 2014年第6期35卷 1555-1560页

作者：陈明卢文波严鹏胡英国周创兵武汉大学水资源与水电工程科学国家重点试验室武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点试验室武汉430072

岩体裂纹的水力劈裂是岩体开裂渗漏甚至施工涌水的重要影响因素之一,也是岩土工程界的研究热点。从断裂力学角度分析了爆破开挖对岩体含水裂纹扩展的扰动作用,结果表明,爆破开挖扰动下,岩体含水裂纹的扩展,与爆炸应力波强度及其入射角... 详细信息

岩体裂纹的水力劈裂是岩体开裂渗漏甚至施工涌水的重要影响因素之一,也是岩土工程界的研究热点。从断裂力学角度分析了爆破开挖对岩体含水裂纹扩展的扰动作用,结果表明,爆破开挖扰动下,岩体含水裂纹的扩展,与爆炸应力波强度及其入射角、地应力的大小与方向、孔隙水压大小、裂纹的倾角及断裂韧度等因素相关;爆炸应力波的作用,相当于增大了岩体裂纹中的孔隙水压力,每1 cm/s的峰值振动速度相当于增大100 kPa的孔隙水压力,爆破振动速度越大,所产生的爆破扰动荷载越大;岩体开挖引起的岩体裂纹近区地应力及其孔隙水压力的变化,对裂纹的失稳与扩展具有较复杂的影响,可改变裂纹的失稳扩展模式。

关键词：爆破开挖岩体裂纹扩展扰动

爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡位移突变特征与能量机理

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爆炸与冲击 2022年第3期42卷 135-146页

作者：杨建华代金豪姚池胡英国张小波周创兵南昌大学建筑工程学院江西南昌330031 长江水利委员会长江科学院湖北武汉430010

针对白鹤滩水电站左岸坝基河谷底部边坡岩体爆破开挖,采用现场岩体位移监测、锚索轴力监测及数值模拟的手段,研究了爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡的位移突变特征及其能量机理。研究结果表明:对于深切河谷底部高地应力边坡岩体爆破开挖... 详细信息

针对白鹤滩水电站左岸坝基河谷底部边坡岩体爆破开挖,采用现场岩体位移监测、锚索轴力监测及数值模拟的手段,研究了爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡的位移突变特征及其能量机理。研究结果表明:对于深切河谷底部高地应力边坡岩体爆破开挖,爆炸荷载挤压及地应力作用下,岩体所积聚的应变能快速释放,导致了节理岩质边坡的位移突变,突变位移包括节理张开位移和岩体回弹位移两部分;地应力水平越高、岩体弹性模量越低,总的突变位移量越大;预应力锚索主要通过抑制节理张开位移来控制边坡岩体的位移突变,锚索预应力等级越高,其吸能和释能速率越高,对节理岩体位移突变的控制效果越好,当锚索的预应力等级高到一定程度后,节理岩体的突变位移不再随锚索预应力等级的升高而显著减小。

关键词：边坡节理岩体预应力锚索爆破开挖位移突变

深埋隧洞爆破开挖围岩振动能量分布特征与预测

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长安大学学报（自然科学版） 2023年第1期43卷 62-71页

作者：涂颖晏育松杨建华章伟鹏刘达南昌大学工程建设学院江西南昌330031 中铁水利水电规划设计集团有限公司江西南昌330029 江西省水利科学院江西南昌330029

深埋隧洞爆破开挖引起的开挖面上地应力快速释放是诱发围岩振动的重要因素,为掌握深埋隧洞爆破开挖爆破荷载与地应力快速释放共同扰动下的围岩振动特性,针对锦屏地下实验室上层中导洞爆破开挖现场围岩振动监测,采用变分模态分解(VMD)方... 详细信息

深埋隧洞爆破开挖引起的开挖面上地应力快速释放是诱发围岩振动的重要因素,为掌握深埋隧洞爆破开挖爆破荷载与地应力快速释放共同扰动下的围岩振动特性,针对锦屏地下实验室上层中导洞爆破开挖现场围岩振动监测,采用变分模态分解(VMD)方法对爆破荷载产生的围岩振动和地应力快速释放诱发的围岩振动进行了分离,利用小波包分解方法研究了爆破振动和诱发振动的能量分布特征及其影响因素,构建了深埋隧洞爆破开挖爆破荷载与地应力快速释放共同作用激发围岩振动的预测模型。研究结果表明:爆破荷载产生振动的能量主要分布在200~300Hz频带范围内,地应力快速释放诱发振动的能量主要分布在0~150Hz频带范围内,诱发振动的频率明显低于爆破振动的频率;随着传播距离的增加,爆破振动和诱发振动低频范围内的能量占比均显著增加;装药量对爆破振动能量分布具有显著的影响,随着装药量的增加,爆破振动低频能量的占比增加;诱发振动的能量分布不受装药量和开挖面上地应力水平的影响,只与地应力释放持续时间和开挖面的大小有关;构建的以单响药量、单孔药量、炮孔个数、炮孔间距、爆心距、开挖面法向地应力、地应力释放持续时间为输入参数的基于遗传算法优化的神经网络模型GA-BP可实现深埋隧洞爆破开挖时,爆破荷载与地应力快速释放共同作用激发围岩振动的预测,预测的质点峰值速度(PPV)相对误差为10.4%,预测的中心频率相对误差为3.2%。

关键词：隧道工程爆破开挖围岩振动小波包能量分布振动预测

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爆破开挖对边坡岩体裂纹扩展的扰动机制

岩石力学与工程学报 2015年第7期34卷 1307-1314页

作者：陈明郭天阳卢文波肖燕君严鹏武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

爆破开挖是导致边坡节理岩体开裂甚至失稳的重要影响因素之一。基于断裂动力学理论,针对爆破开挖对边坡岩体裂纹失稳扩展的扰动作用进行研究,分析开挖扰动下地应力卸荷和爆炸应力波对裂纹尖端应力强度因子及其裂纹失稳扩展模式的影响。... 详细信息

爆破开挖是导致边坡节理岩体开裂甚至失稳的重要影响因素之一。基于断裂动力学理论,针对爆破开挖对边坡岩体裂纹失稳扩展的扰动作用进行研究,分析开挖扰动下地应力卸荷和爆炸应力波对裂纹尖端应力强度因子及其裂纹失稳扩展模式的影响。结果表明,爆炸应力波与地应力共同决定了边坡岩体裂纹的失稳扩展模式,初始地应力作用下边坡岩体裂纹的扩展模式主要为I–II压剪复合型;爆破开挖所产生的卸荷效应将改变初始地应力的状态,可使裂纹的扩展模式由I–II压剪复合型转变为I–II拉剪复合型,导致裂纹更容易失稳扩展,且卸荷程度越大,裂纹越容易失稳扩展;爆炸应力波的作用将增加岩体裂纹的失稳扩展风险。

关键词：边坡工程爆破开挖裂纹扩展开挖卸荷

基于变分模态分解的深埋洞室爆破开挖围岩振动特性分析

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岩土力学 2021年第12期42卷 3366-3375页

作者：杨建华章伟鹏姚池张小波周创兵南昌大学建筑工程学院江西南昌330031

深埋洞室高地应力爆破开挖产生的围岩振动包含爆炸地震波和爆破开挖面上地应力快速释放诱发的地震波,二者在时域上没有明显的分界点,这给单独研究爆炸地震波和诱发地震波的振动特性及其围岩动力响应带来了很大的不便。首次采用变分模态... 详细信息

深埋洞室高地应力爆破开挖产生的围岩振动包含爆炸地震波和爆破开挖面上地应力快速释放诱发的地震波,二者在时域上没有明显的分界点,这给单独研究爆炸地震波和诱发地震波的振动特性及其围岩动力响应带来了很大的不便。首次采用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)方法对典型深埋洞室爆破开挖产生的爆炸地震波和诱发地震波进行了分离,并对其可靠性进行了验证,在此基础上基于实测数据分析研究了爆炸地震波和诱发地震波的频率特性及其质点峰值振动速度(PPV)衰减规律。研究结果表明,VMD方法因能自适应地确定所给信号的模态分解个数并匹配每种模态分量的最佳中心频率和有限带宽,可以有效实现深埋洞室爆破开挖爆炸地震波和诱发地震波的分离;诱发地震波的中心频率明显低于爆炸地震波的中心频率,诱发地震波的存在使得围岩振动低频成分显著增加;相比于爆炸地震波,诱发地震波随距离衰减较慢,是中远区围岩振动的主要成分。

关键词：深埋洞室爆破开挖振动变分模态分解中心频率

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台山核电站爆破开挖基岩损伤分析及控制

工程爆破 2022年第1期28卷 45-53页

作者：姜威振唐海马谕杰刘亚群阳生权朱帅帅湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室武汉430071 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

核电工程在进行爆破开挖时,为保证核岛所在岩层的完整性,需控制爆点周围岩体的损伤范围。为探究岩体损伤深度与特定点振动速度之间的关系,本文结合台山核电站核岛负挖爆破工程,根据场地地质勘察资料,通过数值模拟和现场试验对岩体损伤... 详细信息

核电工程在进行爆破开挖时,为保证核岛所在岩层的完整性,需控制爆点周围岩体的损伤范围。为探究岩体损伤深度与特定点振动速度之间的关系,本文结合台山核电站核岛负挖爆破工程,根据场地地质勘察资料,通过数值模拟和现场试验对岩体损伤深度与距爆源30 m处质点振动速度之间的关系进行探究。研究结果表明:台山核电爆破开挖时,岩体损伤深度随最大段药量的增加呈幂函数增加,且特定点振动速度与最大段药量之间符合萨道夫斯基公式对应关系;运用数值模拟与现场试验结果所拟合公式,提出在核岛负挖分层爆破施工中距爆源30 m处爆破控制振动速度分别为10.0、3.5、1.5 cm/s时可控制相应岩层的爆破损伤,并通过后期工程监测验证控制参数的有效性。

关键词：爆破开挖声波试验数值模拟爆破振动损伤深度

梅蓄电站二期上引水洞爆破开挖诱发空气超压对上库事故闸门的影响分析

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爆破 2023年

作者：郑晶星黄文锋陈明陈光泽潘鑫豪郑建月武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室南方电网调峰调频发电有限公司工程建设管理分公司

爆破开挖过程中产生的空气超压可能会影响周边建构筑物的安全。梅州抽水蓄能电站二期引水平洞的爆破作业区，距离在一期工程中已建好并投入运行的二期工程引水上平洞上库钢质事故闸门仅81m，爆破作业可能会影响事故闸门的稳定运行。为... 详细信息

爆破开挖过程中产生的空气超压可能会影响周边建构筑物的安全。梅州抽水蓄能电站二期引水平洞的爆破作业区，距离在一期工程中已建好并投入运行的二期工程引水上平洞上库钢质事故闸门仅81m，爆破作业可能会影响事故闸门的稳定运行。为此以梅州抽水蓄能电站二期引水上平洞的爆破开挖为对象，开展了爆破空气超压现场监测工作，分析了爆破空气超压的分布规律及其对梅州抽水蓄能电站上库事故闸门的安全影响，为分析爆破空气超压对上库事故闸门的安全影响提供了支撑。现场的爆破空气超压监测数据表明：距离爆破掌子面约80m的事故闸门前的空气超压水平分布在0.63-3.46kPa，远小于建议的相应的爆破安全控制标准100kPa；闸门前使用胶帘等防护设施可以有效减小闸门位置的空气超压，实测的第4次和第5次爆破空气超压减小了55%以上；单段装药量及总装药量得到有效控制时，实测的空气超压值远低于建议的控制标准；现场宏观调查及其他检测数据也未见异常，爆破施工未影响上库事故闸门的安全运行。

关键词：爆破开挖空气超压事故闸门安全影响现场测试

梅蓄电站二期上引水洞爆破开挖诱发空气超压对上库事故闸门的影响分析

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爆破 2024年第2期41卷 177-184页

作者：郑晶星黄文锋陈明陈光泽潘鑫豪郑建月南方电网调峰调频发电有限公司工程建设管理分公司广州511402 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

爆破开挖过程中产生的空气超压可能会影响周边建构筑物的安全。梅州抽水蓄能电站二期引水平洞的爆破作业区,距离在一期工程中已建好并投入运行的二期工程引水上平洞上库钢质事故闸门仅81 m,爆破作业可能会影响事故闸门的稳定运行。为此... 详细信息

爆破开挖过程中产生的空气超压可能会影响周边建构筑物的安全。梅州抽水蓄能电站二期引水平洞的爆破作业区,距离在一期工程中已建好并投入运行的二期工程引水上平洞上库钢质事故闸门仅81 m,爆破作业可能会影响事故闸门的稳定运行。为此,以梅州抽水蓄能电站二期引水上平洞的爆破开挖为对象,开展了爆破空气超压现场监测工作,分析了爆破空气超压的分布规律及其对梅州抽水蓄能电站上库事故闸门的安全影响,为分析爆破空气超压对上库事故闸门的安全影响提供了支撑。现场的爆破空气超压监测数据表明:距离爆破掌子面约80 m的事故闸门前的空气超压水平分布在0.63~3.46 kPa,远小于建议的相应的爆破安全控制标准100 kPa;闸门前使用胶帘等防护设施可以有效减小闸门位置的空气超压,实测的第4次和第5次爆破空气超压减小了55%以上;单段装药量及总装药量得到有效控制时,实测的空气超压值远低于建议的控制标准;现场宏观调查及其他检测数据也未见异常,爆破施工未影响上库事故闸门的安全运行。

关键词：爆破开挖空气超压事故闸门安全影响现场测试