爆破荷载作用下制造技术

本发明专利技术公开了一种爆破荷载作用下

【技术实现步骤摘要】
爆破荷载作用下PE燃气管道振动速度预测数值模拟方法


[0001]本专利技术涉及管道工程和爆破工程
，具体涉及一种爆破荷载作用下聚乙烯燃气管道振动速度预测数值模拟方法
。

技术介绍

[0002]聚乙烯因其出色的耐冲击
、
耐腐蚀
、
易安装等优势被城市燃气管道系统广泛应用
。
燃气管道受外载作用一旦破裂，产生的危害极大
。
燃气管道一般沿城市主干路进行铺设，管道受到的外载类型包括车辆活载
、
地层变形
、
振动荷载等，而在各种外载作用中振动荷载对管道影响最大
。
振动荷载的产生主要来自于天然地震和人为活动引起的地震
。
城市地层条件复杂，上土下岩的地层让地铁隧道的施工变的困难，在开挖过程中遇到坚硬岩石时，多采用爆破破岩的手段进行开挖，但随之而来的是次生灾害的发生，如爆破地震，这也是人工地震的主要来源
。
[0003]如何预测聚乙烯燃气管道在爆破开挖荷载作用下的振动速度，调整合适的爆破参数以安全进行施工，是目前爆破施工亟需解决的问题
。
因为数值模拟软件的高速发展，通过数值模拟方法模拟整个爆破过程，研究炸药起爆应力波传播至结构体时的响应情况，促进了爆破振动荷载作用下管道响应研究的进一步发展
、
为提高爆破设计技术提供依据
。
但是现有技术中对于爆破作用下聚乙烯燃气管道的振动速度预测研究还没有得到统一的思路，受限于管道结构多样
、
地层条件复杂
、
振动荷载大小不一的原因，难以为爆破工程施工
、
管道安全防护提供科学合理的依据
。
[0004]研究成果对于解决埋地管道工程安全防护问题，指导爆破工程正常施工等具有重要的实际意义和工程应用价值；对于丰富管道振动速度变预测
、
管道动力响应研究及安全评价方法具有重要实践意义
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种爆破荷载作用下
PE
燃气管道振动速度预测数值模拟方法，以解决现有技术中，对于爆破荷载作用下
PE
燃气管道振动速度难以进行有效预测的问题，实现为爆破工程施工提供有效参考
、
为埋地
PE
燃气管道的防护提供科学合理的判断依据的目的
。
该方法具体包括以下步骤：
[0006]S1
：利用三维模拟软件建立
PE
管道爆破模型，并对
PE
管道爆破模型进行网格划分；其中
PE
管道爆破模型包括岩石层
、
位于岩石层上的土体
、
位于土体内的
PE
管道
、
和
PE
管道间隔且竖直设置的炮孔，爆破底部的炸药
。
[0007]S2
：根据勘查设计资料与室内岩土体动力学试验获取
PE
管道爆破模型中的材料的动力学参数；
[0008]S3
：在
PE
管道爆破模型中添加模型边界条件与相关算法关键字，其中相关算法关键字包括管道与土层之间自动接触关键字
、
炸药
ALE
算法关键字
、
管道内部压力荷载曲线定义与施加关键字；
[0009]S4
：根据调查规范与地铁施工资料，基于步骤
S1
中的
PE
管道爆破模型，利用正交实验理论建立多个的
PE
管道爆破子模型，
PE
管道爆破子模型包含多个不同的
PE
燃气管道规模
、
地铁隧道爆破施工的最大单段装药量与管道和震源相关位置关系的
PE
管道爆破子模型；利用上述
PE
管道爆破子模型进行模拟爆破实验，得到多组实验数据；
[0010]S5
：利用量纲分析法，对建立管道振动速度数学预测模型，利用管道振动速度数学预测模型对步骤
S4
中的多组实验数据进行拟合，得到综合考虑管道结构
、
爆心距
、
炸药量
、
管道埋深的爆破荷载作用下埋地聚乙烯燃气管道振动速度预测公式
。
[0011]进一步地，步骤
S1
中利用三维模拟软件建立
PE
管道爆破模型的过程为：
[0012]S101
：结合城区特有地层地质条件特征，根据勘查设计资料，调查城区岩土层特性与厚度，并按照
1:1
尺寸建立长方体三维数字模型；
[0013]S102
：根据典型工程地铁隧道断面爆破施工资料，得到断面爆破最大单段装药量以及距离埋地
PE
燃气管道最短距离，并在三维数字模型上建立炮孔与炸药模型；
[0014]进一步地，
PE
管道爆破模型的网格划分后的网格尺寸为
5cm。
[0015]进一步地，步骤
S2
中，选取的材料模型包括
[0016]岩石与炸药堵泥材料模型
、
土体材料模型
、
炸药模型和管道材质模型；
[0017]其中岩石与炸药堵泥材料模型为：
[0018][0019]其中：
σ
y
为屈服应力，
σ0为初始屈服应力，
C
和
P
为应变速率参数，
ε
为应变速率，为有效塑性应变，
β
为硬化系数，
E
P
为塑性硬化模量其计算方程如下
。
[0020][0021]其中：
E
tan
为切线模量，
E
是杨氏模量；
[0022]土体材料模型为：
[0023][0024]其中：
T
为剪切强度，
σ
m
为平均应力，
φ
为内摩擦角，
c'
为聚聚力
。
[0025]炸药模型为岩石乳化炸药模型，该岩石乳化炸药模型的
JWL
状态方程为：
[0026][0027]其中：
P
为爆轰产物的相对比容，
V
为爆轰产物的压力，
E0为单位体积内能，
R1、R2、A、B、
ω
为材料常数
。
[0028]进一步地，步骤
S3
中，添加的相关关键字方法包括：
[0029]S301
：为消除炸药爆破产生的爆破应力波在模型边界产生的反射效应，在模型边界除上表面外均设置为无反射边界条件；
[0030]S302
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
爆破荷载作用下
PE
燃气管道振动速度预测数值模拟方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1
：利用三维模拟软件建立
PE
管道爆破模型，并对
PE
管道爆破模型进行网格划分；其中
PE
管道爆破模型包括岩石层
、
位于岩石层上的土体
、
位于土体内的
PE
管道
、
和
PE
管道间隔且竖直设置的炮孔，爆破底部的炸药；
S2
：根据勘查设计资料与室内岩土体动力学试验获取
PE
管道爆破模型中的材料的动力学参数；
S3
：在
PE
管道爆破模型中添加模型边界条件与相关算法关键字，其中相关算法关键字包括管道与土层之间自动接触关键字
、
炸药
ALE
算法关键字
、
管道内部压力荷载曲线定义与施加关键字；
S4
：根据调查规范与地铁施工资料，基于步骤
S1
中的
PE
管道爆破模型，利用正交实验理论建立多个的
PE
管道爆破子模型，
PE
管道爆破子模型包含多个不同的
PE
燃气管道规模
、
地铁隧道爆破施工的最大单段装药量与管道和震源相关位置关系的
PE
管道爆破子模型；利用上述
PE
管道爆破子模型进行模拟爆破实验，得到多组实验数据；
S5
：利用量纲分析法，对建立管道振动速度数学预测模型，利用管道振动速度数学预测模型对步骤
S4
中的多组实验数据进行拟合，得到综合考虑管道结构
、
爆心距
、
炸药量
、
管道埋深的爆破荷载作用下埋地聚乙烯燃气管道振动速度预测公式
。2.
根据权利要求1所述的爆破荷载作用下
PE
燃气管道振动速度预测数值模拟方法，其特征在于：步骤
S1
中利用三维模拟软件建立
PE
管道爆破模型的过程为：
S101
：结合城区特有地层地质条件特征，根据勘查设计资料，调查城区岩土层特性与厚度，并按照
1:1
尺寸建立长方体三维数字模型；
S102
：根据典型工程地铁隧道断面爆破施工资料，得到断面爆破最大单段装药量以及距离埋地
PE
燃气管道最短距离，并在三维数字模型上建立炮孔与炸药模型
。3.
根据权利要求1所述的爆破荷载作用下
PE
燃气管道振动速度预测数值模拟方法，其特征在于：
PE
管道爆破模型的网格划分后的网格尺寸为
5cm。4.
根据权利要求1所述的一种爆破荷载作用下
PE
燃气管道振动速度预测数值模拟方法，其特征在于，步骤
S2
中，选取的材料模型包括岩石与炸药堵泥材料模型
、
土体材料模型
、
炸药模型和管道材质模型；其中岩石与炸药堵泥材料模型为：其中：
σ
y
为屈服应力，
σ0为初始屈服应力，
C
和
P
为应变速率参数，
ε
为应变速率，为有效塑性应变，
β
为硬化系数，
E
P
为塑性硬化模量其计算方程如下：其中：
E
tan
为切线模量，
E
是杨氏模量；土体材料模型为：
其中：
T
为剪切强度，
σ
m
为平均应力，
φ
为内摩擦角，
c'
为聚聚力；炸药模型为岩石乳化炸药模型，该岩石乳化炸药模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉琦，蒋楠，贾建红，周传波，姚颖康，蒙贤忠，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：