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基于ICEEMDAN-多尺度排列熵的拆除爆破振动信号降噪研究

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振动与冲击 2024年第13期43卷 275-287页

作者：康怡泽姚颖康董润龙贾永胜谢全民江汉大学省部共建精细爆破国家重点实验室武汉430056 江汉大学爆破工程湖北省重点实验室武汉430056 武汉爆破有限公司武汉430056

由于工程环境、炸药爆炸等因素影响,实测建(构)筑物爆破拆除所产生的低频振动信号常受到噪声干扰。提出改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, ICEEMDAN... 详细信息

由于工程环境、炸药爆炸等因素影响,实测建(构)筑物爆破拆除所产生的低频振动信号常受到噪声干扰。提出改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, ICEEMDAN)与多尺度排列熵联合的降噪算法,并运用皮尔逊系数、信噪比和均方误差来验证所用算法的可行性。对实测拆除爆破塌落触地振动信号进行降噪处理,通过频谱分析以及各类指标对比表明,该联合降噪方法能够有效降低拆除爆破振动信号中的噪声,并且对信号的低频能量影响较小,降噪效果显著,为拆除爆破振动信号分析和处理提供了一种新的有效的方法。

关键词：拆除爆破振动信号改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(ICEEMDAN) 多尺度排列熵信号降噪

钢纤维混凝土动态压缩与拉伸力学特性试验研究

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爆破 2024年第2期41卷 40-50页

作者：彭松林贾永胜董千叶张帆杨轩康嘉中交第二航务工程局有限公司武汉430040 江汉大学精细爆破国家重点实验室武汉430056 江汉大学爆破工程湖北省重点实验室武汉430056

为探究钢纤维含量对混凝土动态压缩和拉伸力学特性的影响机制,采用霍普金森压杆(SHPB)装置开展了不同冲击气压、不同钢纤维体积含量(0%C50素混凝土、2%、3%和4%)的混凝土试样动态压缩和动态巴西劈裂试验,并结合高速摄影揭示了试样裂纹... 详细信息

为探究钢纤维含量对混凝土动态压缩和拉伸力学特性的影响机制,采用霍普金森压杆(SHPB)装置开展了不同冲击气压、不同钢纤维体积含量(0%C50素混凝土、2%、3%和4%)的混凝土试样动态压缩和动态巴西劈裂试验,并结合高速摄影揭示了试样裂纹的动态演化过程。试验结果表明:在同一冲击气压下,钢纤维混凝土试样的动态压缩强度和动态劈裂拉伸强度与钢纤维含量呈正相关,其吸能程度和破碎程度也呈正相关。钢纤维可有效抑制混凝土的破碎,阻碍钢纤维混凝土试样对冲击能量的吸收与耗散。其中,钢纤维混凝土试样吸能率的上限区间为30%~36%。钢纤维对混凝土的动态劈裂拉伸强度的提升显著高于其对动态抗压强度的提升,且对于较高混凝土强度、甚至有抗爆需求的钢纤维混凝土,结合试验数据、工程经济成本、技术可控性等方面考虑,2%~3%钢纤维含量可作为混凝土增韧的合理区间。钢纤维对混凝土试样动态劈裂和压缩破坏的作用机理不同,动态劈裂过程中,钢纤维可显著阻碍和约束混凝土裂缝的动态扩展;而动态压缩过程中,钢纤维和混凝土之间因发生剥离而导致增韧作用失效。

关键词：钢纤维混凝土分离式霍普金森压杆动态压缩动态劈裂力学特性

爆后钢筋骨架零长度塑性铰失稳判别模型与试验验证

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工程爆破 2024年第2期30卷 9-18页

作者：余珊珊姚颖康孙金山贾永胜江汉大学省部共建精细爆破国家重点实验室武汉430056 江汉大学爆破工程湖北省重点实验室 430056 武汉爆破有限公司武汉430056

为了进一步研究骨架的残余承载能力对建(构)筑物失稳倒塌的影响,基于爆破后立柱钢筋骨架形态及其受力情况,建立了零长度塑性铰计算模型,并开展了不同爆破破坏程度下残余钢筋骨架的承载能力测试试验。结果表明:高度和弯曲程度对承重立柱... 详细信息

为了进一步研究骨架的残余承载能力对建(构)筑物失稳倒塌的影响,基于爆破后立柱钢筋骨架形态及其受力情况,建立了零长度塑性铰计算模型,并开展了不同爆破破坏程度下残余钢筋骨架的承载能力测试试验。结果表明:高度和弯曲程度对承重立柱爆后钢筋骨架承载能力有显著影响,当初始挠度接近时,试件峰值承载力随骨架高度增加呈线性降低关系;当骨架高度相同时,试件峰值承载力随弯曲程度增加呈非线性降低关系;与传统欧拉等直压杆模型和初弯曲压杆模型相比,零长度塑性铰失稳判别模型的计算结果更接近模型试验值。论文研究成果对高大建(构)筑物拆除爆破设计和抗连续倒塌分析具有一定参考意义。

关键词：钻孔爆破零长度塑性铰钢筋骨架钢筋混凝土立柱失稳判别

RC框架楼房中心立柱爆破失效条件下结构动力响应特性分析

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爆破 2024年第3期41卷 121-129页

作者：姚颖康章强侯永恒贾永胜江汉大学省部共建精细爆破国家重点实验室武汉430056 江汉大学爆破工程湖北省重点实验室武汉430056 武汉爆破有限公司武汉430056

为研究RC框架楼房局部立柱爆破失效后结构的抗连续倒塌性能和动力响应特性,依托一栋8层框架结构楼房爆破拆除工程,通过中心立柱现场爆破试验,对立柱邻近梁柱子结构的变形与应力调整过程进行了实时观测。采用PKPM建立实际工程对应的建筑... 详细信息

为研究RC框架楼房局部立柱爆破失效后结构的抗连续倒塌性能和动力响应特性,依托一栋8层框架结构楼房爆破拆除工程,通过中心立柱现场爆破试验,对立柱邻近梁柱子结构的变形与应力调整过程进行了实时观测。采用PKPM建立实际工程对应的建筑模型,并基于拆除构件法,应用SAP 2000中非线性动力分析方法计算中心立柱失效下剩余结构的动力响应特性以及抗连续倒塌能力。结果表明:中心立柱爆破失效后,采用应变-弯矩理论公式得出的应变理论值约为260με、动应变现场实测值约为377με、数值模拟值约为238με,三种方法得出的动应变结果较为接近;失效点竖向位移计算值3.2 mm,与现场实测位移2.67 mm接近,其导致的塑性转角计算值为0.051°,与现场实测值0.05°接近;中心立柱爆破失效瞬间,剩余结构经历了明显的动力冲击,其正负向加速度值大致相同,最大加速度达到3.5 m/s^(2);中心立柱失效后,剩余结构产生荷载重分布,原本由中心立柱承担的竖向荷载被周边柱所分担,导致上方梁体出现显著的悬链线效应。本论文的研究成果有助于框架结构楼房在意外爆炸情况下的易损性评估与抗连续倒塌性能分析,同时也可为拆除爆破中的试爆立柱选择提供参考。

关键词：框架结构抗连续倒塌立柱失效非线性分析动力响应特性

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基于根底控制的深孔台阶爆破超深优选方法

爆破 2024年第1期41卷 44-50页

作者：王洪刚贾永胜余浩天罗鹏黄炳林周俊汝江汉大学精细爆破国家重点实验室武汉430056 江汉大学爆破工程湖北省重点实验室武汉430056 武汉爆破有限公司武汉430056 武汉科技大学理学院武汉430065

在露天台阶爆破中,根底是衡量爆破效果的一个重要指标,其中爆破参数钻孔超深对根底的形成有着最为直接的影响。为探究深孔台阶爆破中钻孔超深对爆后台阶面平整度的影响,基于岩石损伤力学等基本理论,通过对工程中岩体损伤变量与波速间关... 详细信息

在露天台阶爆破中,根底是衡量爆破效果的一个重要指标,其中爆破参数钻孔超深对根底的形成有着最为直接的影响。为探究深孔台阶爆破中钻孔超深对爆后台阶面平整度的影响,基于岩石损伤力学等基本理论,通过对工程中岩体损伤变量与波速间关系的统计分析,定义岩体发生损伤的临界损伤变量阈值D_(d)为0.2,临界破碎状态岩体的损伤阈值D_(t)为0.8。在综合考虑拉压损伤效应的岩石动力学损伤模型的基础上,利用LS-DYNA动力有限元软件,模拟不同钻孔超深条件下的台阶爆破损伤范围;基于岩体临界破碎状态的损伤变量阈值,绘制爆后台阶面的起伏分布图像,并利用图像进行量化分析,通过比较确定最优的钻孔超深,保证上台阶岩体充分破坏的同时,不影响下台阶面的施工。最后,结合鄂州机场土石方深孔台阶爆破的实际情况,验证了钻孔超深对爆破根底的影响机制,总结得到一种确定深孔台阶爆破最佳超深取值的优选方法,通过优化超深取值改善爆后新台阶面的平整度。

关键词：台阶爆破钻孔超深爆破根底临界损伤阈值数值模拟

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桥丝式电点火头发火时间一致性试验研究

爆破器材 2024年第4期53卷 23-27页

作者：杨刚彭星新孙热刘芳谢全民姚颖康江汉大学精细爆破国家重点实验室湖北武汉430056 中铁十一局集团第四工程有限公司湖北武汉430073 武汉爆破有限公司湖北武汉430056

为了确定桥丝式电点火头发火时间一致性的影响因素,采用高速摄影法对单个电点火头、电点火头串联组和电点火头并联组的发火过程和发火时间进行研究。试验结果表明:对于单个电点火头,发火电流超过1.4 A时,平均发火时间在5.0 ms内,继续增... 详细信息

为了确定桥丝式电点火头发火时间一致性的影响因素,采用高速摄影法对单个电点火头、电点火头串联组和电点火头并联组的发火过程和发火时间进行研究。试验结果表明:对于单个电点火头,发火电流超过1.4 A时,平均发火时间在5.0 ms内,继续增加发火电流,发火时间缩短趋势减缓;电点火头串联组的发火电流不宜低于1.8 A,发火时间差可控制在1.5 ms内;电点火头的发火时间一致性,并联组明显优于串联组。在进行组网爆破作业时,对于内置电点火头的一次性膨胀爆破管,推荐采用并联组网,普通电(220 V)可将电点火头的发火时间差控制在0.1 ms以内。

关键词：电点火头发火时间串联组网并联组网一致性

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不同堵塞条件下硬岩隧道直眼掏槽破岩效果数值模拟研究

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江汉大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 5-15页

作者：陈思佑姚颖康朱丹孙金山贾永胜江汉大学省部共建精细爆破国家重点实验室爆破工程湖北省重点实验室湖北武汉430056 武汉爆破有限公司湖北武汉430056

为研究不同堵塞材料及堵塞长度对硬岩隧道直眼掏槽爆破效果的影响,依托工程实例,采用ANSYS/LS一DYNA仿真模拟软件建立三维数值模型,对5种不同堵塞条件展开研究。根据数值模型计算结果,对掏槽区域爆破裂纹拓展情况进行了定性分析,对典型... 详细信息

为研究不同堵塞材料及堵塞长度对硬岩隧道直眼掏槽爆破效果的影响,依托工程实例,采用ANSYS/LS一DYNA仿真模拟软件建立三维数值模型,对5种不同堵塞条件展开研究。根据数值模型计算结果,对掏槽区域爆破裂纹拓展情况进行了定性分析,对典型部位的岩石受力情况进行了定量分析。结果表明:1)自由面岩石主要受拉应力作用产生裂纹,炮孔堵塞使得爆炸荷载整体作用时间延长,致使自由面上裂纹更加密集;2)位于炸药和堵塞材料之间空气段附近的围岩,先受爆炸应力波作用岩石被压碎,后受力在拉压应力之间多次转化,致使裂纹被放大,结合爆生气体发挥的“气楔”作用,使得裂纹几乎贯穿模型截面;3)炮孔堵塞后炸药段周围岩石受到的爆生气体作用应力值显著提升,比不堵塞时的炸药段周围岩石峰值应力高出1.31~2.34倍,炮孔堵塞使得爆生气体持续稳定发挥作用时的压应力值提高3.70~4.70倍;4)以黏土和水作为堵塞材料时,堵塞长度为40cm的直眼掏槽破岩效果优于堵塞长度为60cm的效果。研究成果可为优化硬岩隧道直眼掏槽爆破参数提供理论基础。

关键词：钻爆法硬岩隧道直眼掏槽炮孔堵塞数值模拟

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复杂岩性隧道超前切割爆破方法研究

爆破 2024年第2期41卷 23-31页

作者：杨志龙钟冬望白文良赵云鹏马建军李腾飞何理司剑峰蔡路军武汉科技大学理学院武汉430065 武汉科技大学湖北省智能爆破工程技术研究中心武汉430065 中国铁建大桥工程局集团有限公司天津300300 中铁四院集团建设工程有限责任公司武汉430065

针对复杂岩性隧道传统爆破开挖效果差的问题,基于传统光面爆破与预裂爆破的研究,在隧道周边局部存在软弱围岩情况下,将软弱围岩区周边孔的爆破提前至掏槽孔爆破之后进行,提出一种超前切割控制爆破方法。建立了准三维模型,使用流固耦合(A... 详细信息

针对复杂岩性隧道传统爆破开挖效果差的问题,基于传统光面爆破与预裂爆破的研究,在隧道周边局部存在软弱围岩情况下,将软弱围岩区周边孔的爆破提前至掏槽孔爆破之后进行,提出一种超前切割控制爆破方法。建立了准三维模型,使用流固耦合(ALE)算法和ANSYS/Ls-dyna有限元分析软件,对超前切割爆破方法与传统预裂、光面爆破方法进行了数值模拟对比研究,结果表明:相较于光面爆破与预裂爆破,对超前切割爆破在隧道轮廓周边损伤深度分别降低了6.85%与10.08%。结合仿真结果设计了现场爆破试验方案,并开展了光面爆破及超前切割爆破方法的现场对比试验,爆破结果表明:采用超前切割的爆破方法后,隧道的轮廓面成型效果好且软弱围岩区无掉块、坍塌情况,同时超欠挖得到有效控制。对爆破后的断面进行三维断面扫描数据及统计结果表明:相较于效果较好的光面爆破,超前切割爆破的最大超挖降低了35.98%、平均超挖降低了25.60%,混凝土消耗数量降低了26.3%,其平整度标准差提高了24.29%。该方法经过现场实践验证,在降低超挖的同时还可以减弱复杂岩性区内的爆破损伤,提升隧道保留围岩平整度。

关键词：隧道爆破复杂岩性超前切割爆破损伤控制三维扫描

中等断面隧道长进尺直孔掏槽爆破开挖与超欠挖控制现场试验

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爆破 2024年第2期41卷 32-39页

作者：龚伟毅姚颖康杜宇翔中铁十二局集团第一工程有限公司西安710038 江汉大学精细爆破国家重点实验室武汉430056 江汉大学湖北(武汉)爆炸与爆破技术研究院武汉430056

中等断面隧道受施工范围限制易导致爆破难度大,循环进尺短,超欠挖问题严重,长进尺开挖和超欠挖控制是降本增效的有效途径。基于某中等断面隧道工程设计了长进尺直孔掏槽爆破方案,进行了40个循环的爆破开挖现场试验,结果表明:(1)按照爆... 详细信息

中等断面隧道受施工范围限制易导致爆破难度大,循环进尺短,超欠挖问题严重,长进尺开挖和超欠挖控制是降本增效的有效途径。基于某中等断面隧道工程设计了长进尺直孔掏槽爆破方案,进行了40个循环的爆破开挖现场试验,结果表明:(1)按照爆破手册设计中等断面隧道开挖爆破参数,往往大块率高,掌子面不平整,适当增加直孔掏槽孔单孔装药量(现场试验掏槽药量占比由12.8%增至18.1%),可获得较好的爆破效果;(2)在初步设计参数基础上调整了中等断面隧道周边孔单孔装药量,线装药密度最终确定为0.27 kg/m,轮廓成形效果好,半孔率达90%以上,现场40个爆破循环超挖平均值为18.6 cm,分析可知超挖量主要由轮廓线处留置错台造成,在超挖控制方面,除了周边孔参数的合理设计外,应在钻孔施工过程中尽可能减小错台宽度,从而降低超挖;(3)直孔掏槽方案能很好地匹配凿岩台车钻孔施工,实现机械化长进尺爆破开挖,但超欠挖精细控制和爆破施工成本控制是重难点问题,需从钻孔人员操作技术和现场施工管理模式方面进行优化提升。研究成果可为中等断面隧道机械化钻爆施工、长进尺爆破开挖与超欠挖精细控制设计和施工提供参考依据。

关键词：中等断面隧道直孔掏槽长进尺开挖超欠挖控制精细爆破