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在重复爆破作用下爆破地震波传播衰减规律数值模拟研究

更新时间:2009-03-28

近年来,爆破技术发展日趋完善,并有效投入到我国基础建设中去,产生的社会经济效益显而易见。基于实际工程研究发现,在钻爆法隧道掘进中,岩体所受的往往是重复爆破作用下的荷载, 造成的围岩损伤累积也是客观存在的[1],但由于岩体损伤的隐蔽性和复杂性,很少有人做相关领域的研究工作。目前工程上常常通过声速降低率和振速衰减来判断介质或岩体的损伤[2]

本文以蒙华铁路段家坪隧道爆破施工为背景,运用ANSYS/LS-DYNA数值软件以现场实际参数建立三维有限元数值模型,利用完全重启动技术实现隧道模型的重复爆破,探究在多次爆破条件下爆炸应力波的传播的作用机理和衰减规律,以期为在损伤累积情况下的爆破振动控制提供一些依据。

1 基于多次爆破条件下的振动波传播规律数值模拟

本文以位于蒙华铁路第九标段的段家坪隧道为依托,现场地质报告及掌子面地质素描显示该段为水平层状砂泥岩,以砂岩为主,少量泥岩为横向节理。应用ANSYS/LS-DYNA程序建立三维隧道数值模型,利用完全重启实现对上一次计算中已开挖段围岩的变形、位移、速度和应力状态的继承,对模型进行9次爆破。

1.1 数值模型的建立

建立隧道开挖高度为9.4 m,开挖宽度13.5 m,断面面积112 m2。为合理建立隧道模型并减少计算时间,做如下处理:

(1)为了摒弃节理裂隙等对爆破地震波传播的影响,只利用砂岩特性建立三维隧道模型。根据现场药量对炮孔布置进行简化,设置6个掏槽眼、9个辅助眼和9个周边眼,泡泥采用与介质相同的材料。炮孔布置简化图如图1所示。

依据使用目的,因子分析分为探索性因子分析(EFA)和验证性因子分析(CFA)。探索性因子分析偏重理论产出,目的在于确认量表的因子结构,决定因子数以及因子负荷;验证性因子分析则是偏重理论检验,在经分析后因子数目已固定的基础上分析因子是否相关。研究进一步考察了混杂原因、混杂偏好和混杂态度三部分的验证性因子分析模型适配度,以检验探索性因子分析得出的8项观测变量维度是否合理,采集Amos Output中的Model Fit栏目指标,结果如下:

(2)为了避免边界效应,整个模型宽度应大于等于5倍隧道洞径,下边界选取大于等于3倍隧道高度,上边界为实际隧道的平均埋深[3]。且为了模拟炸药在无限区域中的爆炸,对模型四周及底面采用无反射边界,上部设置为自由边界。按照每一循环进尺2.4 m,设置掌子面已开挖段50 m,未开挖段22.4 m,故模型整体尺寸为66 m×55 m×72.4 m。

144 Preparation and in vitro evaluation of redox-sensitive polypeptide vector forco-delivery of gene and chemotherapeutic drugs

(4)本文的炸药类型采用施工现场所使用的2号岩石乳化炸药, 岩体介质的本构模型选用为HJC模型[4-7]

  

图1 炮孔布置图                 图2 模型网格划分示意图

1.2 模拟结果分析

(1)通过实际工程现场测试与数值模拟对比研究发现,现场实测结果与数值模拟结论基本一致,即模型的建立较为合理。

 

表1 数值模拟质点峰值振速

  

测点距离爆破次数12345678922.006.095665.783355.618465.419325.150075.106574.991114.571574.1754224.005.425675.264524.829084.767324.343954.357394.103563.937323.5383426.005.124584.959054.583094.332353.945923.753983.710893.317023.1721928.004.763254.527823.853093.624453.649283.611493.391772.987352.7529830.004.328963.97833.971173.208492.927813.061812.734122.351831.8592332.003.973953.882353.669323.029352.844922.919492.60862.142671.9312834.003.273213.693393.331852.768762.558562.545572.522732.221692.0435736.002.949722.732452.348942.55682.136322.241062.294112.127682.0368438.002.838352.659732.210712.339832.312732.439082.106051.999911.6592340.002.260942.082782.190111.949341.830151.65041.658991.489481.38059

 

表2 数值模拟爆破振动测试K值和α

  

爆破次数123456789K165.51162.07159.56156.17154.50152.18148.12145.53141.77α1.631.651.661.671.671.681.691.721.71

Kα共同表征质点振速情况,K值更多与起爆条件及微差爆破叠加相关,在一定程度上K值也反映了观测质点处能量的大小。α值主要反映质点振速衰减程度,即α值越小,表明地震波质点振速衰减越慢,且传播介质越完整;α值越大表明地震波衰减程度越大,且传播介质破碎程度越大。

采用拟合二次函数的方法来观察系数Kα的变化趋势,拟合得出函数相关性系数均较高,即拟合结果准确性可以保证。

从表2可以看出,系数K值随爆破作用次数的增加整体上呈降低趋势,衰减指数α值则随爆破作用次数的增加整体呈缓慢上升趋势。

在爆破次数较少时围岩受到的损伤较为显著,K值衰减程度较大,而后在完全重启动作用下初始损伤的累加造成岩体物理性能劣化,介质分散程度增加造成岩体“接受”下一次损伤的能力减弱,故K值的降低趋于平稳。α值随爆破次数增加大体呈现小幅度上升趋势。

为了更深入分析爆破振动近区和中远区Kα随爆破次数变化规律,利用表1分别拟合出爆破振动近区及远区系数Kα关于爆破次数的二次函数,即y(Kα)=axi2+bxi+c(其中xi为整数,且1≤xi≤9)形式。所得结果如表3所示。

(3)岩体和炸药均采用SOLID164显式实体单元,采用共节点Lagrange法。网格划分如图2所示,整个模型共划分 259 909个节点,242 088个单元。

可见,随着学者们对企业核心竞争能力认识的不断深化,大家就越发注意到企业核心竞争能力与企业文化间的相互关系。企业文化中的使命与愿景、企业精神、价值观系统、企业制度等“软”要素为企业形成适应环境、应对变化、获取竞争优势相关能力奠定了基础。

 

表3 数值模拟系数Kα拟合二次函数结果

  

系数关于K和α拟合二次函数及导函数凹凸性单调性R2Ky(K)=-0.10504x2-3.53623x+173.61310凸函数单减0.9878K′y′(K)=-0.21008x-3.53623—单减—αy(α)=0.000087x2+0.01213x+1.55881凹函数单增0.9794α′y′(α)=0.000174x+0.01213—单增—

传统肥料企业对于尝试改变也有自己的思考。“农资企业都在贴地飞行,但是目前肥料企业的农资终端看起来还很浮躁。”云图控股股份有限公司副总裁刘晓霞告诉记者:“我认为,农资企业最终还要回归最本质的东西,就是产品。这既包括产品技术研发的务实性,同时也包括产品服务中市场上农民和作物的需求。不是说最先进的技术就是最好的产品,而是要考虑到肥料的本质属性,既要满足作物生产的客观需求,又兼具价优、物美、高效。”祥云股份复肥事业公司总经理肖汉斌认为:“复合肥找噱头的时代已经过去,土地流转后种植大户也不是原来的留守老人和儿童,现在很多年轻人有思想、懂技术,靠忽悠已经无法带动终端、拉动市场。”

系数K值关于爆破次数是单调递减的凸函数,衰减指数α值随爆破次数是单调递增的凹函数,根据函数图像和导函数的单调性,得出地形条件系数K随爆破作用次数单调递减,且递减程度逐渐变快;而衰减指数α随爆破作用次数单调递增,且递增程度逐渐变快,二者趋势一致。研究表明,爆破振动中远区峰值振速随爆破次数增加逐渐衰减,且衰减程度逐渐变快。综合所得结论,从侧面反映出中远区则随爆破次数增加,其损伤累积现象会逐渐凸显。

2 段家坪隧道进口爆破振动监测分析

段家坪隧道位于蒙华铁路第九标段陕西宜川县境内,进口主要工程量为隧道正线1 695.98 m,现场选择采用全断面法进行施工。利用TC-4850爆破测振仪垂向探头放置在30 m~40 m固定点位进行多组采集,对采集的有效数据进行萨道夫斯基经验公式拟合。

为了更深入分析数值模拟及实际工程中Kα随爆破次数变化规律,利用表4拟合出爆破振动近区及远区系数Kα的二次函数关系,即y(Kα)=axi2+bxi+c(其中xi为整数,且1≤xi≤9)形式。所得结果如表6所示。

在本次爆破振动测试中现场采集第一次爆破38 m处实测波形如图3所示,数值模拟同样点位处波形图如图4所示。

  

图3 现场实测振动波形              图4 数值模拟振动波形

提取现场与数值模型中同位置处的振速数据,从波形图可以看出两者的振速峰值十分接近,说明数值模型的建立是比较合理的。现场9次爆破振动测试峰值振速如表4所示,现场爆破振动测试Kα值如表5所示。

 

表4 现场爆破质点峰值振速

  

爆破次数参数1234567891距离22.0024.0026.0028.0030.0032.0034.0036.0038.00振速5.861023.717564.782945.388023.053633.400722.081563.452321.951282距离24.4026.4028.4030.4032.4034.4036.4038.4040.40振速4.560583.344314.24952.351313.970722.203413.038171.930921.709133距离26.8028.8030.8032.8034.8036.8038.8040.8042.80振速3.000283.976892.743833.701681.95992.775422.211681.663471.569484距离29.2031.2033.2035.2037.2039.2041.2043.2045.20振速3.231742.37212.461422.226972.700521.882192.4541.545271.160265距离31.6033.6035.6037.6039.6041.6043.6045.6047.60振速2.340212.413092.411192.004372.249181.64922.123541.300021.122676距离34.0036.0038.0040.0042.0044.0046.0048.0050.00振速2.629022.102261.910271.545381.359531.427221.570491.115891.454947距离36.4038.4040.4042.4044.4046.4048.4050.4052.40振速2.13211.783411.63371.11421.316091.561251.270281.293910.898218距离38.8040.8042.8044.8046.8048.8050.8052.8054.80振速1.943111.312681.20511.199450.930941.245491.172680.980810.809119距离41.2043.2045.2047.2049.2051.2053.2055.2057.20振速1.463571.223861.148940.976421.155561.178990.980620.841990.69081

 

表5 现场爆破振动测试K值、α

  

爆破次数123456789地形条件相关系数K165.51162.07159.56156.17154.50152.18148.12145.53141.77衰减指数α1.631.651.661.671.671.681.691.721.71

从表5可知,现场测试得到的Kα总体呈上升趋势,这与数值模拟的结果趋势一致,且结果也较为接近。

2.1.2 子宫出血常见的4种类型:(1)月经过多:周期规则,但是经量过多(>80m1)或者经期延长(>7天);(2)月经频发:周期规则,但是短于21天;(3)子宫不规则出血:周期不规则,可在两次月经之间的任何时候发生出血;(4)月经频多:周期不规则,经量过多。

随爆破次数增加,系数K值均不断减小,衰减指数α值均小幅提升。但实际工程中系数K值的衰减程度均小于数值模拟的结论,分析原因有如下3点:① 实际工程中掌子面的循环推进使得固定质点的爆心距不断增加,固定测点的峰值振速降低程度减缓,随之造成的损伤也不断减小,而数值模拟中由于爆破条件及爆心距不发生变化,则模型介质持续损伤,振速也不断衰减;② 现场测试中的定义的第一次爆破是相对的,因为在该爆破前,已经存在了多次爆破损伤情况;③ 实际工程中岩体中存在大量初始缺陷,且有层状节理的存在,爆破地震波穿越裂纹时消耗了相当一部分能量,因此爆破地震波的振动损伤效应减弱,故K值衰减程度在中远区较数值模拟平缓。衰减指数α则较数值模拟结论大,直观地显示了实际工程中爆破地震波衰减程度较大。

1109 Herpes simplex virus typeⅠinduces β-amyloid expression in human neuroblastoma cell lines SH-SY5Y

“弗”在《齐》中未见,“弗”与“不”的使用在殷周时期大体是1∶2,此后“弗”的数量大幅下降,看两部文献“弗”与“不”使用相差悬殊,仅《周》见一例,此例中“弗”加及物动词没有带宾语,虽然表强调的功能扩展,仍无法与“不”竞争[6] 。可见《周》的用法比《齐》略丰富,南方比北方语法更发达。

 

表6 实际工程系数Kα拟合二次函数结果

  

系数关于K和α拟合二次函数及导函数凹凸性单调性R2Ky(K)=-0.01782x2-2.63192x+167.73738凸函数单减0.9760K′y′(K)=-0.03564x-2.63192—单减—αy(α)=0.000043x2+0.01043x+1.62472凹函数单增0.9343α′y′(α)=0.000086x+0.01043—单增—

采用拟合二次函数的方法来观察系数Kα的变化趋势,拟合得出函数相关性系数均较高,即拟合结果准确性可以保证。

对于实际工程,系数K值关于爆破次数是单调递减的凸函数,衰减指数α值随爆破次数是单调递增的凹函数,根据函数图像和导函数的单调递减性,得出K值随爆破作用次数单调递减,且递减程度逐渐变快;而α值随爆破作用次数单调递增,且递增程度逐渐变快,二者趋势一致。且实际工程与数值模拟系数Kα拟合得到的函数从增减性和凹凸性上来看都趋于一致。不同的是实际工程系数K值衰减程度和α值的递增程度较数值模拟结果缓慢,即实际工程中测点峰值振速随爆破次数不断衰减,且衰减程度较数值模拟平缓。

商品在配送的过程中会因为各种原因破损,为了提高物流配送商品的完好度,物流公司可以将易碎品划分归类,配送人员可以根据上面的标签和订单进行防损坏包装。通过分析淘宝网的物流配送环节,得出了影响客户满意度最主要的影响因素。淘宝为了提升客户对物流配送服务的满意度,采取了相应的技术革新和管理模式的改进,为其他网购企业提供了借鉴意义,推动了物流行业在物流配送方面的发展。本次研究基于物流网的背景,通过上述的调查数据分析,使研究结果更加客观,体现研究课题的有效性。通过完善物流配送价格、物流配送时间和物流配送完好率,提升顾客对物流网购的满意度。

结合试验所得结论,在固定测点得到多次爆破振动荷载下的振速,从振速的衰减情况侧面反映出介质的损伤累积情况。爆破振动中远区介质随爆破次数增加,损伤累积现象会逐渐凸显。这种损伤累积现象是隐蔽的,所以在进行爆破振动预测和安全评估时应充分考虑损伤累积对振动波传播规律的影响。

3 结 语

为了减少应力波反射边界效应及掌子面与已开挖段岩体接触的影响,只在20 m~40 m范围内提取间隔2 m一个节点提取峰值振速进行研究。按照时间顺序对已开挖部分岩体进行应力初始化,对数值模型进行9次爆破,每次爆破后提取固定质点垂向振速。各测点峰值振速如表1所示。计算所得爆破振动Kα如表2所示。

(2)通过建立数值模型研究发现相同质点振速随爆破作用次数增加发生衰减,距爆源越近衰减程度越明显。且随爆破作用次数增加,Kα关于爆破次数均存在二次多项式函数关系。

(3)通过实际工程现场测试与数值模拟对比研究发现,现场测试中系数K值较数值模拟小,衰减指数α值较数值模拟结论大。造成该现象的原因是由于实际工程环境的复杂性,岩体中存在节理、裂隙等初始损伤和已存在的损伤累积效应,数据离散性较大。通过拟合曲线发现,该工程的系数K值和α值关于爆破次数均存在二次函数关系。即多次爆破条件下,同一质点振速的衰减侧面揭示实际工程中损伤累积现象。因此,实际工程进行爆破振动预测和安全评估时应充分考虑损伤累积对振动波传播规律的影响。

参考文献

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[2] 费鸿禄,赵昕普.爆破振动对岩质边坡累积损伤影响实验研究[J].爆破,2009,26(4):1-3.

[3] 袁松,王峥峥,周佳媚.隧道地震动力计算边界取值范围研究[J].土木工程学报,2012(11):166-172.

[4] 孙其然,李芮宇,赵亚运,等. HJC模型模拟钢筋混凝土侵彻实验的参数研究[J].工程力学,2016,33(8):248-256.

[5] 陈星明,刘彤,肖正学.混凝土HJC模型抗侵彻参数敏感性数值模拟研究[J].高压物理学报,2012,26(3):313-318.

[6] 方秦,孔祥振,吴昊,等.岩石Holmquist-Johnson-Cook模型参数的确定方法[J].工程力学,2014,31(3):197-204.

[7] 潘城,赵光明,孟祥瑞.爆炸荷载作用下围岩累积损伤效应的数值分析[J].爆破,2016(01):30-33+44.

李波:拍照“模特”,最著名的是花石头的那位老人,他每天带着狗,在景区溜达,看见摄影师来了就随地坐下,抽着旱烟坐那里等着。拍完照给钱也可以,不给也可以。

 
赵禹
《洛阳理工学院学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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