地应力影响下隧洞边墙的爆破振动安全

针对地应力条件下的溪洛渡水电站右岸大跨度导流洞的开挖,依托现场的爆破实验参数,结合LS-DYNA软件,进行了隧洞岩体爆破开挖过程围岩的动态响应计算。分别采用峰值质点振动速度和最大拉应力安全判据确定围岩的爆破损伤范围。计算结果表明,隧洞爆破开挖时,最大峰值质点振速和最大拉应力均出现在洞室边墙中部,因此,爆破损伤在洞室边墙部位最严重。通过对洞室边墙中部的峰值振速和最大拉应力的数值拟合,得到了峰值质点振速和最大拉应力的统计关系,并进行了相关性检验,而且根据所得统计关系,结合实际工程围岩动态抗拉强度准则,提出了控制隧洞围岩爆破损伤的临界峰值质点振动速度。

     

爆破振动波叠加数值预测方法

根据场地地震波的传播叠加原理,以实测单炮孔爆破振动波形为基础,考虑预测点位置与各炮孔的相对位置关系,并按照实际起爆网路设计的各炮孔起爆时差和实测的地震波传播速度等参数,计算获得预测点的爆破振动波形。不仅可以预测爆破振动速度峰值,而且可以预测完整的振动波形,并可获知爆破振动持续时间及主振频率分布范围。根据现场应用数码电子雷管的深孔爆破实验,该方法计算的预测波形与实测波形相当吻合,计算结果可靠性较好,可以在实际工程中推广使用。     

爆破振动诱发民房结构损伤识别的随机森林模型

为快速、准确地评价爆破振动诱发民房结构损伤效应,借鉴随机森林理论并结合工程实际,建立露采爆破振动诱发民房结构损伤识别的随机森林模型;综合考虑爆破参数、爆破振动特征参量及房屋结构动力特性等因素,选取质点峰值振动速度、主频率、主频率持续时间、段药量、爆心距、施工质量参数、场地条件参数、屋盖形式参数、砖墙面积率、民房高度、灰缝强度和圈梁构造柱参数等12个影响因素作为模型输入,将砖混结构建筑物的损害等级作为模型输出;基于多分类器集成的思想,以108组爆破振动实测数据作为学习样本进行训练,建模过程中由多个决策树集成随机森林、用投票的方式实现对民房结构损伤有效识别;用12组现场数据验证模型的有效性;在对样本分类的同时,计算预测变量的重要性值,发现质点峰值振动速度为最重要的评价指标,其后依次为爆心距,主频率持续时间,主频率,圈梁构造柱参数,灰缝强度,屋盖形式参数,民房高度,段药量,施工质量参数,砖墙面积率和场地条件参数。研究结果表明:随机森林模型预测结果学习样本准确度是87.97%,而测试集准确度是91.67%,与实际情况吻合较好,预测精度较高。     

基于正态分布的爆破振动评价与安全药量计算

工程爆破是非常重要的一种施工方法,但同时爆破引起的岩石振动也是爆破公害之一。由于爆破场地的复杂性,爆破地震引起的某位置质点振速峰值v与单段最大药量Q、爆心距R没有严格的函数关系,只能将振速视为随机变量,因此振动只能从概率的角度来描述。为了控制振动强度,达到较高的可靠度,必须计算振速小于目标设施安全振速的概率。本文中基于概率,将振速峰值近似视为服从正态分布,对目标设施进行安全分析以及安全炸药量计算,最后通过案例应用,解释概率公式计算炸药量的合理性。

     

自由面对爆破振动信号能量分布特征的影响

基于爆破振动实测数据, 通过小波分析方法, 得到不同数量自由面爆破振动信号的总能量、各频带的峰值质点振动速度(PPV)及各频带能量, 进而对不同数量自由面爆破振动信号的能量分布特性进行研究。结果表明：开(掏)槽爆破, 由于受单一自由面限制, 大部分炸药爆炸的能量都将作为地震能量消耗掉;自由面越多, 爆破振动信号总能量越少;自由面的数量可影响各频带振动分量分布, 随自由面数量的增加, 爆破振动能量更趋向高频分布, 中低频能量有减少趋势, 振动速度降低;同一振动信号中的高频带PPV虽比低频带PPV高, 但振动持续时间短, 能量衰减较快。建议在工程爆破的减振设计中, 优化起爆方案, 尽量利用多个自由面, 这将比仅仅减少单段起爆药量更有效。

     

爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据

运用FLAC3D软件建立了顺层台阶边坡数值模型,首先分析爆破振动作用下边坡的振速响应规律,然后通过边坡的位移、剪应变增量分析其稳定性,最后根据边坡稳定性判据,制定爆破振速安全阈值。研究表明,随着爆心距的增大,振速传播规律为近处衰减快、远处衰减慢,坡面存在高程放大效应,临空面中由于软弱夹层的阻隔影响,使得坡脚的振速最大;边坡的变形破坏受软弱夹层控制,其上覆岩体为潜在滑体,破裂面可以根据水平位移云图和塑性区分布图综合确定;边坡的破坏是一个渐进性的累积过程,位移和剪应变的累积会导致岩体的力学参数不断弱化,爆破振动劣化作用后仍有较大安全储备的边坡只会累积产生永久位移,而接近极限平衡状态的边坡将会失稳;当岩层倾角为15°~23°时,边坡振速安全阀值为21 cm/s;当软弱夹层剪出口距离坡顶高度为14 m,倾角分别为24°、29°、31°、34°时,安全阀值分别为10、8、6、5 cm/s。     

孔内起爆位置对爆破振动场分布的影响作用规律

岩石钻孔爆破中,孔内起爆位置决定炸药爆轰波的传播方向,进而影响爆破振动场的分布。通过分析柱状药包爆轰产物和爆炸能量的分配及其爆炸应力场的分布,揭示了起爆位置的影响作用机理;基于Heelan短柱解延长药包叠加计算模型,比较分析了不同起爆位置下爆破振动场的分布规律,并结合现场实验,验证了起爆位置对爆破振动场分布的调节作用效果。结果表明:起爆位置的影响作用机理在于柱状药包爆炸能量的轴向不均匀分配和爆破振动场叠加的相位延迟效应;孔内起爆位置对爆破振动场的分布起调节作用,爆破振动沿爆轰波传播正向叠加增强,且爆破振动场分布的不均匀性受药包长度和炸药爆轰速度的调控;对于常见的几种起爆方式,现场实验统计结果显示,底部起爆时地表爆破振动峰值最大,中部起爆次之,上部起爆最小,且爆破振动差异性随炮孔深度的增加而增大,但振动差异会随距离逐渐消减。     

P波作用下衬砌混凝土的爆破安全振动速度研究

隧洞爆破开挖诱发的爆破地震会对邻近的衬砌混凝土产生不利影响,利用应力波(P波)在混凝土与基岩结合面处的透、反射规律研究结合面处的应力状态,并通过结合面的抗拉强度分析,提出了一种确定衬砌混凝土安全振动速度的理论计算方法。计算结果表明,新浇筑衬砌混凝土极限振动速度随着基岩弹模的增大而降低,而爆破地震波频率的影响非常有限。我国现行采用的新浇筑大体积混凝土基础面上的爆破安全振动速度有一定的安全储备。     

爆破振动速度预测安全保证系数的确定

基于爆破振动速度预测公式回归分析的基本原理,提出根据建筑物不同安全等级应选择一定的可靠性指标,并推导了预测爆破振动速度公式中所含安全保证系数的计算过程。为简化计算过程,又进一步提出了基于监测数据量、回归分析相关系数以及可靠性指标的关于安全保证系数计算的经验公式。经过大量监测数据验证了该经验公式的计算精度和可靠性均能满足工程实际需要,从而修正了萨氏公式预测精确度不够的缺陷,可为重要建筑物周边的安全爆破设计提供参考。

     

下穿铁路隧道爆破振动衰减规律研究

基于Heelan短柱药包理论,引入等效作用半径的概念,得到内部瞬时激励荷载作用下爆破峰值振动速度的衰减模型方程,并通过量纲分析进行验证。结合下穿隧道爆破工程,研究不同雷管段位及不同炮孔类型对应的爆破峰值振动速度的衰减规律。此外,讨论球形装药、柱状装药条件下改进公式的药量形式表达式,结果显示,利用等效作用半径作为拟合参考变量可以综合考虑不同雷管段位及不同炮孔类型对爆破振动规律的影响。统计数据表明,利用改进公式得到的拟合效果最优,可以为类似隧道爆破振动研究提供参考。     

基于小波包技术的爆破地震效应计算模型及安全判据研究

采用小波包分解和重构的方法,将复杂的实测爆破地震波速度信号转化为多个简谐波的叠加,将 爆破速度荷载作用下结构的动态响应问题转化为一系列简谐荷载作用下的动态响应问题。通过提出速度因 子的新概念并反映在爆破地震效应计算模型中,考虑了结构动态响应中瞬态响应的影响。同时爆破地震效应 计算模型中又融入了归一化的能量比例,在考虑爆破荷载频率的影响时仅需考虑占有相当能量比例的优势 频率的综合作用。然后,在该计算模型基础上提出了一个新的爆破地震效应安全判据。该判据能反映出爆破 激励荷载作用下结构速度响应大小与结构特性、爆破荷载幅值、频率(包括多个优势频率)、持续时间及能量比 例等参数的关系。最后结合实际工程案例,通过使用基于小波包技术的爆破地震效应计算模型与时程分析 法,分别求解出速度响应幅值并将结果进行对比,验证了所建模型的可行性。     

机载电子设备耐振试验时间的确定与合格判据

根据新研飞机研制过程中提出的问题,论证了机载电子设备仍需进行耐振环境试验的必要性,提出了机载电子设备耐振试验时间的确定方法,并对耐振试验的合格判据进行了研究,结果表明耐振试验中,如机载设备仅发生由“一次通过破坏”或“峰值破坏”引起的功能故障,仍应判为合格通过.     

顺层岩质边坡爆破的振动控制及损伤特性

为了更好地了解顺层岩质边坡爆破开挖时振动速度的传播规律以及坡体的损伤程度,以云南省普宣高速公路顺层边坡爆破开挖为工程背景,利用声波测试结合监测点振动速度的方法,获取坡体不同深度的声速变化及不同位置的振动速度,分析不同药量下单次和多次爆破的坡体损伤范围以及振动速度的衰减规律。研究表明,爆破区任意点的振动速度与损伤深度存在对应关系:对单次爆破,振动速度与损伤深度呈线性关系,而对多次爆破,振动速度与损伤深度呈非线性关系;以声速降低率10%作为损伤界限,并作为爆破控制时,单次爆破对应的临界振动速度为11.54 cm/s,损伤半径为5.57 m;,基于首次爆破的多次爆破临界振动速度为24.20 cm/s,最大损伤半径为7.56 m,并由萨道夫基公式得到2种方式的最大起爆药量。     

A model of wall pressure correlation for prediction of turbulence-induced vibration

The vibration response of a structure excited by a turbulent boundary layer is investigated experimentally and numerically. First, the wall pressure in a high speed acoustic wind tunnel is characterized and the cross-spectral density is approximated using a Corcos model with frequency dependent correlation lengths and a modified Chase model. Both models agree quite well with the measured cross spectrum. Second, based on these turbulence models, the vibration response is predicted and compared to measurements. At lower frequencies both models perform well. In a higher frequency region, however, the vibration response is greatest for length scales that are much longer than the one given by the convection velocity of the turbulence, and in this frequency region only the modified Chase model works effectively.     

Coupling of bending and torsional vibration of a cracked Timoshenko shaft

Summary A transverse surface crack is known to add to the shaft a local flexibility due to the stress-strain singularity in the vicinity of the crack tip. This flexibility can be represented by way of a 6 × 6 matrix describing the local flexibility in a short shaft element which includes the crack. This matrix has off-diagonal terms which cause coupling of motion along the directions which are indicated by the off-diagonal terms. Not all motions are coupled, however. To study the coupling of torsion and shear, a 3 × 3 flexibility matrix is used which includes the appropriate terms. Due to the shear terms of the Timoshenko beam equation of the shaft, bending vibration is finally coupled to torsional vibration. This effect is the subject of this investigation, which is of particular importance in turbomachinery operation. The equations of motion of a Timoshenko beam shaft with three degrees of freedom are derived. The free vibration of the shaft and the influence of the crack on the vibrational behaviour of the shaft is studied. The relation of the eigenvalues of the system, to the crack depth and the slenderness ratio of the shaft is derived. Moreover forced vibration analysis of the cracked shaft is performed. The significant influence of the bending vibration on the torsional vibration spectrum, and vice-versa, is demonstrated. It is believed that this effect can be very useful for rotor crack identification in service, which is of importance to turbomachinery.

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Kopplung zwischen Biege- und Torsionsschwingungen einer Welle Tom Timoshenko-Balkentyp mit Riß

Übersicht Bekanntlich verringert ein von der Oberfläche in den Querschnitt reichender Riß infolge der Spannungs- und Verzerrungssingularität an der Rißspitze örtlich die Steifigkeit einer Welle. Dies kann mit Hilfe einer 6 × 6-Nachgiebigkeitsmatrix für ein kurzes Wellenstück, das den Riß enthält, beschrieben werden. Die Matrix enthält Elemente außerhalb der Diagonalen, wodurch eine Kopplung der Bewegungen in die Richtungen erfolgt, welche das Element anzeigt. Nicht alle Bewegungen sind dabei verknüpft. Zur Untersuchung der Kopplung von Torsion und Querschub wird eine 3 × 3-Nachgiebigkeitsmatrix benutzt, die die betreffenden Elemente enthält. Infolge der Querkraft-Terme in der Timoshenko-Balkengleichung werden letztendlich Biegef- und Torsionsschwingungen gekoppelt. Dieser Effekt ist Gegenstand der Untersuchung. Die Bewegungsgleichungen eines Timoshenko-Balkens mit 3 Freiheitsgraden werden hergeleitet. Die freien Schwingungen der Welle und der Einfluß des Risses auf das Schwingungsverhalten werden untersucht. Die Beziehungen zwischen Eigenformen, Rißtiefe und Schlankheitsgrad der Welle werden hergeleitet. Darüber hinaus werden erzwungene Schwingungen der angerissenen Welle untersucht. Der deutliche Einfluß der Biegeschwingung auf das Spektrum der Torsionsschwingung und umgekehrt wird aufgezeigt. Dieser Effekt ist bei Turbomaschinen bedeutsam, da er für die Identifizierung von Rotorrissen beim Betrieb nützlich sein müßte.