论文题名: | 大断面隧道在爆破作用下的动力响应特性研究 |
关键词: | 大断面隧道;爆破技术;动力响应;岩体损伤 |
摘要: | 随着我国经济的不断发展,交通运输量也在不断增大,传统小断面隧道已无法满足公路运输的需求。近年来修建的公路隧道中,三车道、四车道等大断面隧道不断涌现,其地质条件复杂,对隧道的安全高效施工要求越来越高。钻爆法具有经济高效的优点,在大断面隧道掘进中广泛使用,隧道爆破开挖过程中,保留岩体的稳定性以及支护结构的动力响应特征始终是工程建设的主要关注点。为探究大断面隧道爆破过程中围岩与支护结构的动力响应特征,基于大断面隧道减孔爆破理论与方法,采用理论分析、室内试验、数值模拟与现场试验相结合的方法,分析大断面隧道爆破的应力波传播规律以及围岩和支护结构的损伤特征,提出大断面隧道的最优爆破方案。研究结果表明: (1)提出了大断面隧道减孔爆破理论与方法,将楔形掏槽孔最大限度向外推,减少了钻孔数量;给出了楔形掏槽孔最佳布设位置和最优布设角度的计算方法,建立了声波波速变化率与损伤度之间的关系式,推导了峰值振动速度与损伤度之间的函数表达式,为大断面隧道爆破动力效应分析提供了理论依据。 (2)开展了单轴压缩试验、三轴压缩试验和巴西劈裂试验,得到了石灰岩的静力学参数;开展了动态冲击压缩试验(SHPB),得到了石灰岩的动力学参数;结合“二波法”分析了石灰岩的动态力学特性。 (3)基于静力学和动力学试验结果,确定了Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型参数;采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了大断面隧道减孔爆破三维数值分析模型,研究了不同位置岩体的动力响应特征;基于峰值振动速度(PPV)和损伤变量D的关系曲线,得出了损伤深度和峰值振动速度的关系,确定了保留岩体损伤时的临界PPV值。 (4)采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了隧道支护结构振动响应三维数值分析模型,研究了大断面隧道支护结构在爆破作用下的应力分布规律与振动响应特征;采用萨道夫斯基经验公式对爆破峰值振动速度进行了拟合,得出了隧道断面不同位置的峰值振动速度衰减规律。 (5)结合理论分析和数值模拟结果,开展了现场爆破试验,进行了声波监测和爆破振动监测,得出了隧道二次衬砌的最小安全距离,为类似大断面隧道支护结构安全距离的确定提供参考。 |
作者: | 娄乾星 |
专业: | 建筑与土木工程 |
导师: | 陶铁军 |
授予学位: | 硕士 |
授予学位单位: | 贵州大学 |
学位年度: | 2022 |