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原文传递爆破荷载下隧道围岩稳定性研究

论文题名：	爆破荷载下隧道围岩稳定性研究
关键词：	爆破震动;隧道围岩;数值模拟
摘要：	隧道作为我国交通建设系统重要的一环，在日常生产生活中扮演着不可或缺的角色。在进行露天浅孔的大方量土石方爆破作业时，爆破地震波由爆源中心处传播至邻近隧道，产生爆破震动效应从而使隧道围岩内的应力状态发生改变，特别是在长期爆破荷载的累计作用下，隧道围岩结构易发生失稳破坏，威胁到人们的生命财产安全，所以，研究爆破荷载下围岩的破坏形式以及初期支护的响应特征具有重要意义。本文以浙江三澳核电厂专用进厂隧道工程为研究背景，基于室内岩石力学试验的结果，通过施工现场爆破震动信号监测数据，采用理论研究、现场监测与数值模拟计算等手段，围绕爆破荷载作用前后隧道围岩稳定性的变化情况进行相关研究。本文主要研究内容和成果如下所示：　　（1）通过对桩号K1+380～K1+400段的X518乡道爆破施工时现场作业环境的调查与研究，设计了对桩号K0+150～K0+192段隧道区间的爆破震动信号监测方案并在施工现场实施了监测，得到了监测点处质点振动速度的峰值、主震频率、震动持续时间等相关参数。对记录到的质点震动速度的峰值进行一阶线性回归分析，得到反映爆破地震波的衰减规律的萨氏公式，为以后的爆破设计提供依据。然后，通过HHT法分析某监测点处一次爆破的实测震动信号，发现所监测到的该段信号的能量分布比较集中，其分布的信号频率段主要为120Hz之内，与隧道结构自振频率的差异较大，不易发生共振现象。爆破作业时采用微差爆破的爆破施工技术，由瞬时能量分布图发现爆破释放的能量集中分布在爆炸后的零秒到50毫秒的时间段内，表明该微差爆破技术的效果不够显著，需要调整相关爆破参数。　　（2）选取了桩号K0+150～K0+170段隧道，建立FLAC3D模型并依据室内试验得到的相关岩石力学参数并对岩层赋值，将监测点处质点振动垂直方向上的速度作为爆破荷载输入到模型的底部，分别模拟施工初期支护前后隧道在静力状态与动力状态下围岩的位移场、应力场与塑性区的变化状况。单次爆破的荷载对隧道围岩稳定性的影响程度较弱，围岩中发生损伤的区域主要分布在拱墙与底板附近，而目前的支护方案对围岩位移变形的约束能力有限，需要采取更为有效的支护手段。　　（3）通过对多次爆破后施工现场隧道断面处净空收敛率的监测，发现隧道围岩的形变程度超过的正常水平，不满足安全施工的要求。由此改进了支护方案并重新建模以后，对支护优化后的隧道模型进行了数值模拟分析，数值模拟的结果表明在支护方案优化后，隧道净空的收敛率满足安全阈值的要求。
作者：	石海天
专业：	矿业工程
导师：	邓飞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江西理工大学
学位年度：	2020