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叙大铁路聂家坡隧道爆破地震效应对地表建筑物的影响研究

作　者: 刘少成
导　师: 张继春
学　校: 西南交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 爆破地震波爆破振动爆破方案频谱分析回归分析动力分析有限元计算
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前在隧道建设中,爆破开挖仍然是主要的施工方法,然而在爆破开挖过程中不可避免地要产生爆破振动,直接威胁到民众的生命和财产安全,因此,研究爆破地震效应对建筑物的影响具有重要的现实意义。本文以叙大铁路聂家坡隧道工程为研究对象,采取现场测试、理论分析和有限元数值计算相结合的方法,从爆破振动特点、爆破方案选取以及建筑物在爆破地震荷载作用下的动力响应特点这三方面进行了全面的分析。首先,介绍了爆破地震波产生的机理、分类和特性；分析了影响爆破地震对建筑物破坏程度的因素,为研究爆破地震波对建筑物的影响提供了理论依据。然后,结合当地地质和环境条件分析了爆破方案的制定,研究了控制爆破降低爆破振动强度的技术措施,为今后类似工程提供了参考作用。以现场测试数据为依据,分析了爆破地震波各参数的特性、传播规律及其对建筑物的影响；应用数学分析软件Matlab编程对萨道夫斯基经验公式进行了回归分析,得出了爆破地震波在传播过程中介质质点峰值振速衰减公式,为爆破工程中安全距离的预估提供了可靠的依据。其次,以结构动力学理论为基础,建立建筑结构单自由度体系在自由振动和受迫振动时的运动微分方程,得出了建筑结构在简谐荷载作用下位移解和底部剪力解表达式。这从理论上分析了爆破地震对建筑物的影响特征,为研究爆破地震波对建筑物的影响提供了理论依据。最后,应用有限元分析软件ansys建立三层砖混结构楼房有限元模型,通过模态分析得出了楼房的固有频率和振型,结合现场爆破振动测试结果和爆破地震波频谱分析结果可以知道,爆破地震波不会引起楼房的共振反应；对楼房有限元模型进行瞬态动力分析,研究楼房结构在爆破地震波作用下的动力响应,发现最大主拉应力和剪应力主要发生在墙角、窗边或门边等应力集中的位置,说明在建筑抗震中这些位置应该引起足够的重视；发现最大应力值没有超过建筑材料的强度极限,不会引起建筑结构的破坏,这与在现场观察和测试结果相符,说明有限元模型的建立是合理的,可以利用该模型对实际工程中爆破地震波对建筑物的影响程度进行分析预测和安全评价。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-20
  1.1 课题的研究意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-19
    1.2.1 爆破地震波特性及传播规律的相关研究  13-16
    1.2.2 建筑结构对爆破振动响应的相关研究  16-18
    1.2.3 爆破振动危害评价标准的研究  18-19
  1.3 课题的研究内容及方法  19-20
第2章岩体爆破地震效应基本原理及其影响因素分析  20-32
  2.0 前言  20
  2.1 爆破地震波的形成  20-21
  2.2 爆破地震波的分类  21-22
  2.3 爆破地震波的特性  22-26
    2.3.1 爆破地震波的波速特点  23-24
    2.3.2 爆破地震波振动速度特点  24
    2.3.3 爆破地震波频率特点  24-25
    2.3.4 爆破地震波持时特点  25-26
  2.4 爆破地震波与天然地震波的联系和区别  26-27
  2.5 影响爆破地震破坏程度的基本因素  27-31
    2.5.1 爆源条件的影响  27-28
    2.5.2 地层条件的影响  28-29
    2.5.3 爆心距大小的影响  29-30
    2.5.4 建筑结构特性的影响  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章聂家坡隧道浅埋段掘进爆破方案设计研究  32-42
  3.1 工程概况  32
  3.2 隧道进口段工程地质与地形条件  32-35
    3.2.1 地形地貌  32-33
    3.2.2 地质构造  33
    3.2.3 地层岩性  33
    3.2.4 地下水  33-34
    3.2.5 隧道工程地质条件评价  34
    3.2.6 物理力学指标建议值  34-35
  3.3 隧道进口端爆破区域周边环境情况  35-36
  3.4 隧道进口端开挖爆破的难点分析  36-37
  3.5 隧道进口端开挖爆破应达到的技术要求  37-38
  3.6 隧道掘进爆破总体方案  38-41
  3.7 本章小结  41-42
第4章爆破振动测试与分析  42-64
  4.1 测点布置及测试方法  42-45
    4.1.1 测点布置  42-43
    4.1.2 测试系统及测试方法  43-45
  4.2 测试结果与数据处理  45-54
    4.2.1 测试波形统计  45-48
    4.2.2 测试数据汇总  48-54
  4.3 爆破地震波特性分析及其对地表建筑物影响分析  54-63
    4.3.1 爆破地震波频谱分析  54-56
    4.3.2 爆破地震波振速特点分析  56-61
    4.3.3 爆破地震波持时特点  61
    4.3.4 爆破地震波对地表建筑物影响分析  61-63
  4.4 本章小结  63-64
第5章建筑物爆破地震效应结构动力分析  64-69
  5.1 单自由度体系的建立  64
  5.2 微分方程的建立  64-65
  5.3 自由振动反应  65-66
  5.4 简谐荷载反应  66-67
  5.5 共振反应  67-68
  5.6 本章小结  68-69
第6章爆破地震波对建筑物影响的有限元动力分析  69-83
  6.1 概述  69
  6.2 ANSYS程序简介  69
  6.3 楼房特性参数  69-71
  6.4 有限元模型及荷载  71-73
  6.5 楼房模态分析  73-75
  6.6 爆破地震作用下楼房结构的动力响应分析  75-82
  6.7 本章小结  82-83
结论与展望  83-85
  结论  83-84
  展望  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-88

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