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水下炸礁工程浅点消除技术及有害效应研究

作　者: 张超
导　师: 钟冬望
学　校: 武汉科技大学
专　业: 工程力学
关键词: 水下炸礁爆破参数浅点爆破振动有害效应
分类号: TV542.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

水下炸礁施工技术在国内外的水利水电及港航工程中应用广泛，施工技术也比较成熟。但由于水下施工难度大，施工质量控制困难，主要表现在水下炸礁爆破施工后爆区岩石破碎块度偏大，或者清挖后施工区留有浅点，减少浅点是降低炸礁工程成本的最主要的途径。探索消除水下炸礁浅点的技术，针对不同的地质条件对炸礁施工采取不同措施，控制破碎块度和减少浅点发生，减少二次爆破量和缩短工期，节约成本，具有十分重要的实际意义。本文综合分析国内外研究现状，结合厦门港古雷航道二期水下炸礁工程，通过理论研究和现场实践，对水下炸礁工程爆破参数优化及有害效应进行了研究。通过对水下炸礁工程爆破机理的研究发现：在深水作用下，岩层厚薄、裂隙大小、裂缝密度以及自由面数会对岩层破碎度、破块均匀度以及爆破难易度造成影响；在岩性相同情况下，爆破块度随单位耗药量的增加而减小，同时随着水下深度的增加炸药单耗应增大，然而单耗增加到一定程度后，爆破块度变化范围不大，只会增大爆破危害；水下爆破单位用药量相同时，水层越厚，水阻力也越大，爆破块度越大，爆破效果越差。因此，应以岩体结构、不同深度情况下、不同岩性的合适炸药单耗及如何克服水阻力作为优化爆破方案、设计爆破参数的科学依据。本文还对水下炸礁工程岩石动力响应进行了数值模拟，分析了深水爆破的孔网参数、布孔形式、装药方法、装药结构、网路设计及起爆系统等爆破参数对爆破效果的影响，进一步优化爆破参数。水下炸礁工程的危害作用主要来自三个方面：水击波作用、地震波作用和爆破飞石。与陆地爆破相比，水下工程爆破不仅施工难度大，而且对周围环境的影响问题也较为突出。水下爆破时地震效应的强度会有较大幅度的提高，而且水下爆破存在水击波的危害作用，水击波在水体中传播具有冲量大、衰减慢的特点，会对水中建筑物及船舶和水下作业人员的安全形成较大的威胁。本研究对水下炸礁工程中水击波特性及传播规律、爆破振动传播规律及地震效应的进行测试与分析。在厦门港古雷航道二期水下炸礁工程中，通过优化孔网参数，改进装药结构，增加超钻深度，精心组织施工，取得了良好的爆破效果，爆破块度和松散度均能满足清挖设备要求，平均大块率为3.5%,比原来降低了30%，浅点率从8%左右降到了2%以内，降低了75%。大大缩短了施工工期，降低了施工成本，确保了施工安全。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 研究现状  11-14
  1.3 研究内容  14-15
  1.4 论文结构  15-16
第2章水下炸礁工程爆破机理  16-32
  2.1 水下爆炸理论  16-21
    2.1.1 水中冲击波基本理论  16-19
    2.1.2 水中冲击波的基本传播理论  19-21
  2.2 水下钻孔爆破作用机理  21-32
    2.2.1 岩石爆破理论的发展  22-23
    2.2.2 岩石爆破破碎机理  23
    2.2.3 炸药在岩石中爆破作用的范围  23-24
    2.2.4 爆破漏斗  24-26
    2.2.5 钻孔爆破机理  26-27
    2.2.6 水下钻孔爆破岩石破坏作用机理  27-28
    2.2.7 水下钻孔爆破理论、经验公式  28-32
第3章水下炸礁工程岩石动力响应数值模拟  32-62
  3.1 数值模拟中的有限元法  32-33
  3.2 ANSYS / LS-DYNA 程序算法基础  33-36
    3.2.1 动力方程  34
    3.2.2 质量守恒方程  34-35
    3.2.3 能量守恒方程  35
    3.2.4 动力平衡方程式  35-36
  3.3 爆破计算的几个重要问题  36-38
    3.3.1 应力波与人工体积粘性  36
    3.3.2 时间积分和时步长控制  36-37
    3.3.3 单点高斯积分和沙漏控制  37-38
    3.3.4 透射边界  38
  3.4 计算模型及参数  38-40
    3.4.1 计算模型  38-39
    3.4.2 炸药参数  39-40
  3.5 计算结果及分析  40-62
    3.5.1 孔距 a=2.0m  40-47
    3.5.2 孔距 a=2.4m  47-53
    3.5.3 孔距 a=2.75m  53-60
    3.5.4 小结  60-62
第4章水下炸礁工程爆破参数优化及应用研究  62-79
  4.1 工程概况  62-64
  4.2 主要设备及试验区域  64-67
    4.2.1 主要设备  64-65
    4.2.2 试验区域  65-66
    4.2.3 施工作业流程  66-67
  4.3 爆破优化模型  67-71
    4.3.1 爆破优化模型的一般形式  67-69
    4.3.2 爆破优化数学模型  69-71
    4.3.3 结论  71
  4.4 水下钻孔爆破施工现场试验及效果  71-79
    4.4.1 爆破参数及爆破器材选取  71-73
    4.4.2 钻孔  73-74
    4.4.3 装药  74-75
    4.4.4 起爆网路联接  75-77
    4.4.5 水下钻孔爆破施工现场试验效果  77-79
第5章水下炸礁工程水下冲击波及振动效应的监测  79-98
  5.1 水下冲击波测试与分析  79-88
    5.1.1 水下工程爆破水击波作用特征及规律  79-80
    5.1.2 水下爆破及水中冲击波传播基本原理  80
    5.1.3 爆破冲击波测量的特点  80
    5.1.4 测试系统  80-81
    5.1.5 古雷项目冲击波测试试验  81-88
  5.2 水下爆破振动测试  88-94
    5.2.1 水下工程爆破地震效应  88-89
    5.2.2 水下钻孔爆破地震波传播基本原理  89
    5.2.3 测点系统及测点布置  89-90
    5.2.4 测试结果  90-94
  5.3 水下爆破振动分析  94-98
    5.3.1 爆破地震波传播规律分析  94-95
    5.3.2 爆破振动信号分析  95-98
第6章总结与展望  98-99
  6.1 本文工作总结  98
  6.2 进一步工作  98-99
参考文献  99-104
致谢  104-105
攻读硕士学位期间发表的论文情况  105

水下炸礁工程浅点消除技术及有害效应研究

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