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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流下穿隧道爆破施工引起既有山区高速公路路基的动力响应及控制研究.pdf.doc.精品文档.下穿隧道爆破施工引起既有山区高速公路路基的动力响应及控制研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：黄华指导教师：刘新荣教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二 O一四年五月Research on the Vibration Response at the Roadbeds of Existing Montanic Highway Caused by Under-Cross Tunnel Blasting Construction and
2、the Control of the Response A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Masters Degree of EngineeringBy Huang Hua Supervised by Prof Liu XingrongSpecialty: Civil EngineeringCollege of Civil Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May, 20
3、14 中文摘要摘要由于地形、地质条件限制和选线要求，将出现大量新建隧道下穿既有交通线的情况。然而下穿隧道与既有交通线净距通常较小，矿山法爆破施工产生的爆破地震波将严重威胁既有交通线的稳定和运营安全。因此，研究下穿隧道爆破施工引起既有交通线的动力响应及其控制技术，具有重要意义。本文以背阴坡隧道下穿沪-昆高速公路段为依托工程，采用现场调研、理论分析和数值模拟等方法，对下穿隧道爆破施工引起既有山区高速公路路基的动力响应规律及控制技术进行了较为系统深入的研究。本文主要研究内容和成果如下：通过数值模拟研究得到下穿隧道与既有高速公路路基不同相对位置时隧道爆破施工引起既有高速公路路基的动力响应规律。通过数值
4、模拟得到耦合装药结构不同装药量，下穿隧道爆破施工引起既有高速公路路基的最大振速。运用 MATLAB拟合得到耦合装药结构下装药量与既有路基最大振速之间的数学关系式。并基于振速限值得到耦合装药结构的单段最大装药量。研究多种径向不耦合系数，下穿隧道爆破施工引起既有高速公路路基的动力响应。通过 MATLAB拟合得到径向不耦合系数与减震系数(装药量相同时，不耦合装药爆破引起的最大振速与耦合装药爆破引起的最大振速的比值)之间的数学关系式。通过数值模拟得到下穿隧道不同间隔时间的微差爆破引起既有高速公路路基的动力响应。结果表明微差爆破能降低下穿隧道爆破施工引起既有高速公路路基的振动，但最佳间隔时间并非定值。通
5、过数值模拟研究得到隧道周边掏槽深度和宽度的改变，对下穿隧道爆破施工引起既有高速公路路基最大振速的影响规律。关键词：下穿隧道，路基动力响应，不耦合装药，微差爆破，掏槽减震I重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACT Because of the limits of geology and terrain and the requirements of line-select,there will be a large number of circumstances where new railway tunnel cross throughthe existing traffic line
6、. As it is applicable to wide and low investment of equipment,mining method is widely used in mountain railway tunnel construction. However, forthe clear distance between undercrossing tunnel and existing traffic line is normallyshort, blasting construction based on mining method will generate seism
7、ic wave whichwould seriously threaten the safety and stability of the existing traffic line. Therefore, itis of great significance to research the law of dynamic response caused byundercrossing tunnels blasting construction at the existing traffic line and the techniqueto control that response. Base
8、d on an engineering background of one part ofundercrossing shanghai-kunming expressway of beiyinpo tunnel, this article uses waysof field research, theoretical analysis and numerical simulation to investigate deeply andsystematically the dynamic response laws of subgrade at existing montanic traffic
9、 linecaused the blasting construction of the undercrossing tunnel, and ways to control thatresponse. In this article, the main research contents and conclusions are as followed:Through Numerical simulating get the laws of dynamic response, caused byblasting construction, at the roadbeds of existing
10、traffic line when undercrossing tunneland existing traffic line are in different relative positions.By statistical simulation, gets the maximal velocity at roadbeds of existing highway,caused by blasting construction of undercrossing tunnel, when the charges of couplingcharge structure are different
11、. With mathematical software MATLAB, the mathematicalrelationship between different charges of coupling charge structure and the maximalvibration velocity of roadbeds is concluded. Then, based on requirements of maximalvibration velocity, it would get the maximal charge.It conducts a research about
12、the dynamic response of roadbeds belonging toexisting traffic line under blasting construction with variety conditions of radialnon-coupling coefficient. And it also fits mathematical relationship between differentradial non-coupling coefficient and the shock absorption coefficient with MATLAB.The s
13、hock absorption coefficient refers to the ratio of maximal vibration velocity causedby non-coupling and the maximal velocity caused by coupling blasting, when thecharges are the same.III重庆大学硕士学位论文By statistical simulation, it gets the dynamic response, caused by differentialblasting at different tim
14、e intervals, at roadbeds belonging to existing traffic line. It isfound that differential blasting can reduce the velocity remarkably, but the optimumtime interval is not fixed.By statistical simulation gets how the change of the depth and width of slottingaround tunnel will alter the maximal vibrat
15、ion velocity, caused by blasting constructionin under-cross tunnels.Key words: Undercrossing Tunnel, Dynamic Response of Roadbeds, Non-couplingCharge, Millisecond Blasting, Slotting Shock AbsorbingIV目录目录中文摘要.I英文摘要. III1绪论. 11.1问题的提出及研究意义 . 11.2国内外研究现状 . 21.2.1爆破振动研究现状. 31.2.2隧道爆破施工对既有交通线影响研究现状 . 51.
16、2.3隧道爆破振动控制技术研究现状 . 71.3研究内容及技术路线 . 91.3.1研究内容. 91.3.2技术路线. 92爆破地震波产生机理及其对结构的破坏效应 . 112.1引言. 112.2爆破地震波产生机理及传播规律 . 112.2.1爆破地震波的产生机理 . 112.2.2爆破地震波的类型. 162.2.3爆破地震波的特性. 202.2.4爆破地震波的传播、衰减规律 . 212.3爆破地震波的波动方程 . 222.3.1应力与应变. 222.3.2波动方程. 252.4爆破地震波对建/构筑物的危害效应. 272.4.1爆破震动波作用下建/构筑物的破坏形式 . 282.4.2能量破坏机
17、理. 282.4.3爆破地震波作用下建/构筑物破坏的影响因素 . 292.5本章小结. 303下穿隧道爆破施工引起既有高速公路路基的动力响应研究.333.1引言. 333.2 ANSYS/LS-DYNA软件分析 . 333.2.1基本控制方程. 343.2.2空间有限元的离散化. 35V重庆大学硕士学位论文3.2.3时间积分. 363.2.4简单积分和沙漏控制. 363.2.5应力计算. 373.2.6人工体积粘性控制. 383.2.7 ANSYS/LS-DYNA求解过程. 383.3依托工程概况. 403.3.1工程地质条件. 413.3.2水文地质及气象条件. 413.3.3不良地质及特殊
18、岩土. 413.4数值模型的建立. 423.4.1材料模型和参数的选择. 433.4.2计算方法选取. 453.4.3边界条件. 463.4.4模拟时间. 473.5下穿隧道爆破施工引起既有高速公路挡墙动力响应分析 . 473.5.1下穿隧道爆破施工引起既有高速公路挡墙的综合振速云图 . 473.5.2下穿隧道爆破施工引起既有高速公路挡墙的最大振速时程曲线 . 493.5.3下穿隧道爆破施工引起既有高速公路挡墙横断面的振速包络图 . 523.6下穿隧道爆破施工引起既有高速公路路基动力响应分析 . 553.6.1下穿隧道爆破施工引起既有高速公路路基的综合振速云图 . 553.6.2下穿隧道爆破施
19、工引起既有高速公路路基的最大振速时程曲线 . 573.6.3下穿隧道爆破施工引起既有高速公路路基横断面的振速包络图 . 603.7本章小结. 654装药结构对下穿隧道爆破施工振动效应的影响研究 . 674.1引言. 674.2基于振速限值耦合装药结构单段最大装药量的研究 . 674.2.1耦合装药结构不同装药量爆破引起路基最大振速模拟 . 674.2.2最大振速与装药量数学关系式拟合. 724.2.3耦合装药结构装药量的确定. 744.3不耦合装药对下穿隧道爆破施工振动效应的影响研究 . 744.3.1不耦合系数. 744.3.2不耦合装药结构作用机理. 754.3.3不耦合装药对下穿隧道爆破
20、施工振动效应的影响. 764.4本章小结. 84VI目录5下穿隧道爆破施工振动效应控制技术研究 . 855.1引言. 855.2微差爆破控制技术 . 855.2.1微差爆破理论. 855.2.2微差爆破时间间隔. 865.2.3不同间隔时间微差爆破模拟 . 875.3周边掏槽减震技术模拟 . 945.3.1隧道周边掏槽减震原理 . 945.3.2隧道周边掏槽减震效果模拟 . 955.4本章小结. 1026结论与展望. 1056.1主要结论. 1056.2展望. 106致谢 . 107参考文献. 109录 . 113附A.作者在攻读学位期间发表的论文目录 . 113B.作者在攻读学位期间参加的科研项目 . 113VII重庆大学硕士学位论文VIII1绪论1 绪论1.1问题的提出及研究意义新中国成立，特别是改革开放以来，国民经济水平不断提高，我国铁路交通蓬勃发展。为加快西部经济建设，缩小与发达地区的差距，2000年初党中央、国务院召开西部地区开发会议，并提出意义深远的西部大开发战略思想，自此西部地区迎来了建设与发展的春天，先后投资建设了青藏铁路、渝怀铁路、宁西铁路、西康铁路、兰渝铁路、宜万铁路等国家重点工程。2004年 1月，我国第首个行业