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爆破振动对围岩与初期锚喷支护结构稳定性的影响研究
| 论文题名： | 爆破振动对围岩与初期锚喷支护结构稳定性的影响研究 |
| 关键词： | 隧道工程;爆破振动;围岩结构;支护结构;稳定性分析 |
| 摘要： | 在地下工程爆破工程中，钻眼爆破产生的爆破振动被认为是各种危害之首。在钻爆法修建隧道的过程中，不能不考虑掘进爆破对已修建巷道的围岩和支护结构的安全所产生的影响。因此，采用相关的方法和手段针对巷道结构在爆破振动下的动力响应问题进行研究，具有特别重要的理论价值和实际意义。本文针对爆破振动应力波对围岩及初期支护结构的影响问题进行了数值分析，研究大致如下: 根据爆破振动应力波位移势函数的特点，采用分离变量的方法，求得轴坐标系下围岩质点波动偏微分方程，并简化处理得到应力、位移和速度随径向距离，轴向距离和时间的变化规律。依据工程实例，利用Matlab软件编程得到，速度，应力随距离和时间的变化曲线图。分析可得，爆破振动所导致的围岩质点振动速度和应力在时间和距离上都衰减极快。振动速度的衰减与距离的1/2，3/2次方成反比，并且在轴向距离上衰减的更加剧烈，按照围岩与结构爆破振动安全振速，确定可喷射混凝土的安全距离为0.5米，距离工作面2.5米范围的支护结构有受到爆破振动破坏的危险。在径向距离上速度场呈波动状态，呈现正负交替衰减，在工程实践中会导致围岩表现出破裂区与不破裂区交替出现的情况，这就可能较合理的解释实际深区爆破中经常出现的围岩“分区破裂现象”。 根据一维波动理论，基于应力波在不同介质之间的反射和透射过程，得到爆破振动应力波对喷射混凝土初期支护的破坏形式可分为:围岩与喷射混凝土接触面的拉坏和喷射混凝土自身的拉裂破坏。对于坚硬岩体，喷射混凝土的抗拉强度是影响支护安全性的主要因素，对于软岩体，围岩与喷射混凝土接触面的抗拉强度是影响支护安全性的主要因素。同时，数值分析得到了不同等级围岩与不同龄期喷射混凝土之间应力波的传播规律，计算出了允许的临界振动速度的安全数值。 对于锚杆支护结构，总结了爆破振动导致支护失效的几种方式。以水泥砂浆为研究对象，采用应力波一维波动理论，得到水泥砂浆锚杆在爆破振动下的破坏主要是由水泥砂浆的抗拉强度所控制的结论，并给出了水泥砂浆锚杆所允许的最大安全爆破振动速度的建议值。并且建立了锚杆锚固系统纵向振动力学模型，在一维杆纵向波动的理论基础上推导出包含振动和振动传播的应力波在毛固体中传播的偏微分控制方程。同时分析了有效锚固长度，基频和固结波速对锚固体锚固质量的影响。 |
| 作者： | 张涛 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 陈士海 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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