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小湾水电站边坡开挖爆破震动动力响应分析

许名标  
【摘要】:爆破震动对边坡稳定性的影响是极其复杂的岩体工程地质力学问题,涉及工程地质、岩石动力学、地震学、地球物理学、地震工程学、工程地震学等相关学科。研究边坡对爆破震动的动力响应,探索爆破震动沿边坡的传播衰减规律,找到适合具体工程的最优爆破参数和爆破网路,提出切实可行的减震降震措施,具有非常重要的实际意义。 本文以小湾水电站高陡边坡爆破开挖为研究对象,以大型有限元分析软件ANSYS为研究工具,将爆破震动对边坡的影响和边坡对爆破震动的动力响应作为一个整体进行研究,主要研究成果和结论包括: 根据小湾生产实际,利用多次爆破试验和监测成果,总结了当前小湾水电站边坡爆破开挖的爆破参数和爆破网路。通过对部分爆破震动监测数据进行分类统计,找出了小湾边坡爆破震动主频的特点。利用一元、二元线性回归分析方法,分析得出了小湾边坡在不同开挖坡高、不同爆破方式下的震动衰减规律。 基于非线性动力响应基本理论,结合ANSYS有限元分析基本特点,建立了适合小湾水电站的ANSYS有限元分析模型。为了掌握小湾边坡的基本动力特性,便于后续的动力分析,同时为了证明边界约束的正确性,利用模态分析得出了边坡的固有频率和各阶振型图,分析比较验证了模型约束方式的正确性。将由较小爆破规模(某次预裂爆破)、较大爆破规模(某次深孔梯段爆破)两种不同情况的爆破实测速度时程曲线转化而成的加速度时程曲线输入ANSYS模型进行动力响应时程分析,得到边坡在不同爆破规模下应力、位移、速度、加速度响应规律的等值线图、时程曲线等一系列计算成果。 利用动力响应模拟成果分析了小湾边坡水平向、垂直向、沿坡面等三个方向以及坡度发生变化时的动力响应规律,进一步证实坡高较大时高程对边坡的震动放大效应,找出爆破对边坡的重点损伤部位,得出边坡上震动速度最大值位置并非边坡受力最大值位置的重要结论。探讨了爆破震动荷载作用下边坡变形破坏机理,分析了爆破震动荷载作用下小湾边坡的渐进性破坏。为了提高爆破震动安全评估标准的准确度和合理性,利用层次分析法建立了多参数爆破震动破坏评价标准的层次结构模型。从限制能量源、优化爆破参数、优化爆破网路、控制爆破规模、避免爆破震动积累损伤效应等几个方面提出了适合小湾边坡爆破开挖的一系列减震降震措施,并建议采用声波测试和震动监测等多种测试手段相结合的监控方式不断改进这些措施。 研究结果表明,爆破震动是可以控制的,我们只有充分认识其传播衰减和动力响应规律,采取一系列控制措施,才能减少爆破震动、改善爆破效果、加快施工进度、降低施工成本、提高边坡的动力稳定性,找出边坡爆破开挖的共同规律为类似工程提供借鉴和指导。


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