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小净距隧道爆破开挖围岩累积损伤及振动特性研究
| 论文题名： | 小净距隧道爆破开挖围岩累积损伤及振动特性研究 |
| 关键词： | 小净距隧道;爆破累积损伤;爆破振动;信号分析;安全净距 |
| 摘要： | 隧道开挖成洞最常用的仍是钻爆法，掘进过程中频繁的爆破加载作用，在一定程度上会使隧道保留岩体损伤劣化，进而影响隧道围岩的稳定性。当前针对爆破荷载作用下隧道围岩的损伤研究处于起步阶段，而考虑损伤累积效应的爆破振动研究更为匮乏，多次爆破加载作用下的围岩累积损伤研究成果较少。因此，开展爆破振动对围岩的累积损伤效应研究具有实际意义。本文以福州地铁2号线小净距隧道工程为背景，通过现场监测、数值模拟以及理论分析等方法，开展小净距隧道爆破开挖围岩的累积损伤演化规律及振动特性的研究。主要研究内容和结论如下： (1)小净距隧道爆破开挖的围岩累积损伤模拟。基于RHT岩石损伤模型，引入损伤因子D，建立小净距隧道爆破开挖分析模型，模拟隧道围岩的应力变化、振动传播及累积损伤演化过程。结果表明：在同一进尺内，MS7段爆破激发的应力最大，会造成隧道保留岩体损伤破坏；围岩损伤与爆破加载次数存在非线性关系，同一监测断面内围岩的累积损伤尤以段间爆破加载损伤最大，且这种损伤增长不可逆；在考虑爆破累积损伤基础上，结合量纲分析法推导出损伤条件下振动预测模型，其相关系数大于0.95。 (2)爆破振动信号时频特征分析。引入遗传算法（GA）对变分模态（VMD）进行参数优化，在此基础上对实测爆破信号的干扰项进行消除，结合小波包变换，探讨爆破信号时能特征分布规律。结果表明：爆破振动能量集中在0~250Hz以内，约占爆破总能量的97%，在31.25~62.5Hz范围内的爆破能量占37.4%；采用主模态分量包络识别炸药实际起爆时间，表明同段起爆的炮眼较多时，产生振动叠加风险较大。 (3)基于监测结果验证数值模型的可靠性，在此基础上对隧道爆破开挖的施工安全净距展开研究。结果表明：在相同施工条件下，围岩振速、应力、损伤三者具有较强的时空关联性，当开挖净距小于0.5倍洞径时，中夹岩有不同程度的损伤，且贯穿全部岩体；当开挖净距大于0.75倍洞径时，中夹岩体没有损伤贯穿的现象，且爆破峰值振速符合施工安全控制标准，因此，工程施工安全净距建议取0.75倍洞径。 |
| 作者： | 张景龙 |
| 专业： | 工程(建筑与土木工程) |
| 导师： | 蒙国往;何山 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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