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地下厂房开挖爆破振动对周边群洞影响的数值模拟分析

谢冰  
【摘要】: 水电工程建设中会大量遇到地下洞室工程施工,地下厂房及相关洞室的规模越来越大,以大跨度、高边墙、多交叉以及结构复杂为特征。对于大型地下洞室的施工,最常采用的手段仍是钻孔爆破法。爆破施工在完成地下洞室岩体开挖的同时,不可避免地对邻近既有洞室和开挖洞室本身产生不利影响,引起地下洞室岩石力学性质的劣化,本文针对这种情况进行如下一些研究: 本课题运用有限元法的基本原理,采用ANSYS/ls-dyna软件对地下厂房爆破对邻近洞室的影响进行了数值模拟分析。分析研究过程中所做的主要工作包括以下几个方面: (1)本文对研究地下厂房爆破对邻近洞室的影响的研究价值,国内外的研究现状,新老研究方法的比对进行了详尽的概括和阐述。 (2)本文对有限元方法在本课题中的应用作了详实的说明,其中主要针对动力有限元计算和分析方法、非线性分析与求解、爆破震动模拟、边界条件的处理及单元类型和网格划分等一系列问题进行了探讨,并用ANSYS/ls-dyna软件解决了这些问题。 (3)本文通过查阅相关文献,系统地介绍了岩石爆破的破坏理论和应力波理论,阐述了岩土中抗爆结构的一般计算方法,并对用ANSYS/ls-dyna软件如何模拟爆破震动提出了一些个人观点处理方法。 (4)应用有限元软件ANSYS/ls-dyna模拟了地下厂房分层开挖爆破施工过程对周边群洞的影响,其中主要考虑了预裂爆破、中槽梯段爆破方式对周边洞的影响,洞室则主要研究了离厂房较近距离的主变室和尾闸室的受震影响,在受震影响中重点研究直接影响洞室安全的质点震动速度,并就两种爆破施工方式对周边洞的影响效果进行分析。 (5)由于地下厂房的分层爆破开挖除了可以对周边洞室造成震动影响外,还会导致开挖后岩体的应力重新分配,对整个地下厂房系统的稳定性造成影响。本文鉴于此,对分层开挖后岩体的应力分布进行了计算讨论,考察了洞室群的稳定性。 (6)通过参与过的研究项目所得的实测资料对比数值模拟结果,考察模拟结果的准确性,本文计算了各层中部预裂爆破和中槽梯段爆破的衰减公式与实测爆破震动衰减公式,并就二者之间的异同进行了比较分析,给出了分析结果产生差异的原因。


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