论文部分内容阅读
目前,水下钻孔爆破、水底裸露炸礁等水下技术已有了较快的发展。水下爆破作业已被广泛应用于诸多领域,比如水利水电、水下清障甚至农业中。水下爆破技术因为其显而易见的作用和优势,将在深水工程项目会发挥更大的作用。但由于水下爆破施工的作业环境较之陆上爆破更加复杂和困难,既受水面风浪、海潮涌浪、河流水位、水流速度、泥沙运动等因素影响,又因为爆破介质处于水饱和状态并受水层压力和水的阻力双重作用,导致在实施水下爆破工程时,装药量要比陆上爆破高很多。加之水层覆盖,产生的地震效应更加明显,所以水下爆破作业过程中产生的地震效应危害要比陆上爆破高很多,有时甚至是数量级上的差别。目前,水下爆破作业的安全控制技术已引起了人们的广泛关注,尤其是研究水下爆破作业对周边环境和建筑结构的影响,不仅具有重要的理论价值,同时也具有非常重要的实际意义。
由于水下爆破理论起步比较晚,发展不是很完善,且随着人们安全意识的提高,它已经越来越不能满足人们对水下爆破作业的安全要求。国内外目前在水下爆破作业安全控制的研究主要在安全管理方面,而对爆炸本身对周边环境影响的研究重点主要在爆破水域内或者有水体有接触的水中或者临水建筑物,对陆上建筑方面涉及的很有限--仅仅是定性的分析。随着计算机技术的进一步发展,水下爆炸的数值模拟研究得到了前所未有的发展,成为水下爆炸研究的一个新方向。
目前已经有国内外学者利用计算机模拟技术对水下爆炸过程和水下爆破周边结构载荷条件下的动力响应做了不少的研究,这些研究成果提高了水下爆破作业的有效性、精确性和安全性。但是,这些研究主要集中在水下结构的动力响应方面的数值模拟,而陆上结构的动力响应相对较少。
本文根据水下爆破的特殊性尝试用数值模拟的方法,对水下爆破过程中周边结构在爆破地震效应下的动力响应进行研究,同时对陆上建筑在采取人工减震措施以后,陆上建筑的减震效果进行数值模拟,为爆破周边环境和建筑结构的保护提供一定的参考。
论文共分五章。第一章为概述部分,主要介绍了水下爆破工程的发展过程以及水下爆破目前国内外的研究重点,着重介绍了数值模拟在水下爆破方面的运用和在水下爆破施工条件下周边结构在载荷条件下的动力响应模拟,为下文的的撰写做好铺垫。
文章的第二章对水下爆破作业特点做了详细分析,找出水下爆炸和陆上爆炸的差异。与陆上爆破作业一样,水下爆破作业除了按工程设计要求获得一定的爆破效果以外,还必须考虑飞石和爆破作业过程中爆破载荷通过水、水底岩土介质传递的冲击波和地震波对周边环境以及其他工程建筑物的影响才能达到安全爆破的目的。由于水体的覆盖,再加上水下爆破时的用药量要比陆上爆破大很多,这就使水下爆破作业时产生的地震效用明显高于陆上爆破,因此我们在进行水下爆破作业过程中,防止事故发生的重点和难点应放在减轻作业过程中产生的冲击波和地震波的影响程度,减少由于冲击波和地震波引起的事故发生。在此基础上分析爆破过程中爆炸地震波的传播方式以及传播过程中的影响因素,地震波对周边陆上建筑的危害。
第三章首先对水下爆破模拟的进展以及水下钻孔爆破周边环境动力响应数值模拟的进展做个介绍,同时对本文所利用的仿真软件-LS-DYNA软件在模拟水下爆破方面的优势做了说明。同时运用相关物理知识进行了建模并运用有限元方法对模型进行求解和优化,并且利用LS-DYNA软件模拟出了水下爆破过程。
第四章利用LS-DYNA软件模拟爆破作业的影响下周边建筑物在地震波作用下的动力响应,和实际工程监测数据进行对比,证实了模拟爆破参数选取的合理性。在此基础上,对工程添加人工减震沟干预以后的情况进行了模拟,在模拟过程中,对减震沟的深度进行了不同的设定,分别为建筑物基面以下3.5米、4.0米以及4.5米进行模拟,找出不同深度对减震效果的影响。
第五章,对全文进行了总结,对需要进一步研究和改进的部分进行了展望。