一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法，属于隧道爆破技术领域，该方法具体包括以下步骤，S1：确定隧道群孔爆破过程中单个炮孔的峰值荷载；S2：由爆破荷载衰减函数，将各段位炮孔的单孔峰值荷载等效作用于等效弹性边界，确定等效边界峰值荷载；S3：将各段位峰值荷载通过爆破荷载衰减函数进一步等效至开挖轮廓面；S4：确定爆破荷载的作用时间和卸载时间；S5：基于步骤S3和步骤S4的结果，建立开挖轮廓面炮孔等效荷载时程曲线，确定开挖轮廓面炮孔的等效荷载。本发明专利技术中的方法考虑了微差效应，解决了爆破振动影响数值分析中采用的爆破荷载模型未考虑微差爆破延时效应影响，从而导致振动计算结果偏大的问题。从而导致振动计算结果偏大的问题。从而导致振动计算结果偏大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法


[0001]本专利技术涉及隧道爆破
，尤其涉及一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法。

技术介绍

[0002]采用数值模拟分析对爆破振动影响进行研究是一种常用的、可行且高效的研究方法，目前国内外爆破振动影响的研究主要采用两种方法，一种是通过定义炸药的性质和状态方程，对炸药爆炸产生的轰爆以及轰爆产物与岩石介质的相互作用进行模拟，分析在炸药爆破过程中周边介质的振动以及振动在岩体中的传播。但隧道工程爆破过程复杂、隧道周边岩石介质具有多变性，同时，该方法在模拟隧道群孔起爆施工中需要逐孔建模，数值分析模型单元数量巨大，动力计算难度大、耗费高，不适合工程实际中的工况模拟。
[0003]第二种方法考虑到爆破振动影响的实质是爆破动荷载作用下周边岩体的动力响应问题，因此对临近既有建(构)筑物隧道爆破振动影响的分析，可将爆破振动影响等效为一动荷载施加于隧道开挖轮廓线上进行动力时程分析。该方法因爆破荷载施加简便，物理过程明确而在隧道爆破振动响应分析中得到了普遍应用；但该方法不能区分微差爆破逐段起爆的控制爆破的施工，不能考虑微差爆破中由于各段毫秒间隔起爆动荷载的跳跃加载的动态过程，因此分析到的爆破振动的动态效应远远大于实际监测的数值。虽然有关爆破荷载的理论成果众多，但由于工程爆破振动的复杂性，关于隧道的爆破荷载简化的方法至今仍需要进一步的研究和完善。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法，从而解决了爆破振动影响数值分析中采用的爆破荷载模型未考虑微差爆破延时效应影响，从而导致振动计算结果偏大的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0007]S1：确定隧道群孔爆破过程中单个炮孔的峰值荷载；
[0008]S2：由爆破荷载衰减函数，将各段位炮孔的单孔峰值荷载等效作用于等效弹性边界，确定各段位等效边界峰值荷载；
[0009]S3：将各段位峰值荷载通过爆破荷载衰减函数进一步等效至开挖轮廓面；
[0010]S4：确定爆破荷载的作用时间和卸载时间；
[0011]S5：基于步骤S3和步骤S4的结果，建立开挖轮廓面炮孔等效荷载时程曲线，确定开挖轮廓面炮孔的等效荷载。
[0012]进一步的，步骤S1的具体操作包括以下步骤，
[0013]根据凝聚炸药爆轰波Chapman
‑
Jouguet理论及各炮孔径向和轴向耦合系数的大小，分别确定作用于单个炮孔孔壁上的峰值荷载为
[0014][0015]式中，P0为单个炮孔的峰值荷载；ρ、v分别代表炸药的密度和爆轰速度；r1表示装药半径，r0表示炮孔半径；l
e
为药柱总长度；l
b
为炮孔深度；n为爆炸产生的轰爆产物高速冲击炮孔壁时的压力增大系数。
[0016]进一步的，步骤S2中采用等代圆法将等效弹性边界与隧道轮廓边界近似为圆形，圆心取等效弹性边界或隧道轮廓边界所包围岩体的质心，半径按面积相等原理进行等效计算，式中，r为等效弹性边界半径r
b
，或者隧道轮廓边界半径r
ε
；A为等效弹性边界或隧道轮廓边界所包围岩体的面积。
[0017]进一步的，步骤S2中每一段等效边界峰值荷载计算公式为
[0018][0019]式中，P1为等效边界峰值荷载，k为每一段群孔起爆时的荷载影响系数，与炮孔个数及炮孔分布有关；r2为粉碎区半径，r3为破碎区半径，μ为岩石的泊松比。
[0020]进一步的，各段群孔起爆时的荷载影响系数k的计算公式为
[0021][0022]式中，N为各段群孔起爆时炮孔的数量；l为等效弹性边界的周长。
[0023]进一步的，步骤S3中，当冲击波传播到距爆源10～15r0的距离时，已逐步衰减为压缩应力波，随着压缩应力波的传播在岩体中逐渐衰减成地震波，在应力波作用区岩石中应力衰减指数α＝2
‑
μ/(1
‑
μ)，则作用在开挖轮廓面上的等效爆破荷载为
[0024][0025]进一步的，步骤S4中，爆破荷载的升压时间t
r
和作用时间t
s
分别为
[0026][0027][0028]则爆破荷载的卸载时间为t
s
‑
t
r
；
[0029]式中：R为距装药中心的距离；K为岩石的体积压缩模量；Q为某段位的炮孔装药量。
[0030]进一步的，步骤S5中，开挖轮廓面炮孔等效荷载时程曲线为P(t)＝P
b
(t)，其中，爆破荷载作用到开挖轮廓面上的延期时间t表示为爆破荷载从炮孔壁传播到开挖轮廓面时的时间t1和微差延时Δt之和。
[0031]本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术中的隧道群孔爆破荷载确定方法考虑了微差爆破中由于各段毫秒间隔起爆动荷载的跳跃加载的动态过程，从而避免了由于微差爆破延时效应影响而导致振动计算结果偏大的问题，减少了使用软件逐个建立炮孔的过程，减少了建模时间，加快了计算效率，对隧道爆破方案振动影响评价与分析具有重要的指导意义。
附图说明
[0033]图1为本专利技术中考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法的流程框架图。
[0034]图2为本专利技术中炮孔连线应力分布示意图。
[0035]图3为本专利技术中等效荷载示意图。
[0036]图4为本专利技术中等效弹性边界示意图。
[0037]图5为本专利技术实施例一中炮孔布置示意图。
[0038]图6为本专利技术实施例一中开挖轮廓面等效荷载时程曲线示意图。
[0039]图7为本专利技术实施例一中模拟与实测竖直方向振速时程曲线示意图。
具体实施方式
[0040]为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的描述。
[0041]如附图1所示，一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法，包括以下步骤，
[0042]S1：确定隧道群孔爆破过程中单个炮孔的峰值荷载；炮孔连线应力分布示意图如附图2所示。
[0043]具体的，根据凝聚炸药爆轰波Chapman
‑
Jouguet理论及各炮孔径向和轴向耦合系数的大小，分别确定作用于单个炮孔孔壁上的峰值荷载为
[0044][0045]式中，P0为单个炮孔的峰值荷载；ρ、v分别代表炸药的密度和爆轰速度；r1表示装药半径，r0表示炮孔半径；l
e
为药柱总长度；l
b
为炮孔深度；n为爆炸产生的轰爆产物高速冲击炮孔壁时的压力增大系数，通常n的取值为8～11。
[0046]S2：由爆破荷载衰减函数，将各段位炮孔的单孔峰值荷载等效作用于等效弹性边界，确定等效边本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：确定隧道群孔爆破过程中单个炮孔的峰值荷载；S2：由爆破荷载衰减函数，将各段位炮孔的单孔峰值荷载等效作用于等效弹性边界，确定等效边界峰值荷载；S3：将各段位等效至等效弹性边界爆破荷载通过爆破荷载衰减函数进一步等效至开挖轮廓面；S4：确定爆破荷载的作用时间和卸载时间；S5：基于步骤S3和步骤S4的结果，建立开挖轮廓面炮孔等效荷载时程曲线，确定开挖轮廓面炮孔的等效荷载。2.根据权利要求1所述的一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法，其特征在于，步骤S1的具体操作包括以下步骤，根据凝聚炸药爆轰波Chapman
‑
Jouguet理论及各炮孔径向和轴向耦合系数的大小，分别确定作用于单个炮孔孔壁上的峰值荷载为式中，P0为单个炮孔的峰值荷载；ρ、v分别代表炸药的密度和爆轰速度；r1表示装药半径，r0表示炮孔半径；l
e
为药柱总长度；l
b
为炮孔深度；n为爆炸产生的轰爆产物高速冲击炮孔壁时的压力增大系数。3.根据权利要求2所述的一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法，其特征在于，步骤S2中采用等代圆法将等效弹性边界与隧道轮廓边界近似为圆形，圆心取等效弹性边界或隧道轮廓边界所包围岩体的质心，半径按面积相等原理进行等效计算，式中，r为等效弹性边界半径r
b
，或者隧道轮廓边界半径r
ε
；A为等效弹性边界或隧道轮廓边界所包围岩体的面积。4.根据权利要求2所述的一种考虑微差效应的隧道群孔爆破荷载确定方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴新栋，何鑫和，王新刚，岳波，代久生，张玉印，李钢，张栋，刘鹤冰，刘金山，许彦旭，宋战平，张玉伟，刘乃飞，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：