复杂地下洞室群爆破地震波传播的现场试验研究
超大型地下洞室群的随机地震响应分析
超大型地下洞室群的随机地震响应分析摘要：地下结构的地震响应分析由于结构-围岩的动力相互作用及地震动输入的不确定性而十分复杂，尤其是对空间尺度很大的大型水电站的超大型地下厂房洞室群，地震动输入的空间变化特性将对结构的地震动响应产生重要的影响。
本文首先通过阻尼影响-抽取法求出地下结构无限围岩介质的动阻抗，在此基础上通过考虑地震动输入空间变化的随机过程模型，采用随机分析方法研究了地震动输入机制对地下洞室群动力响应的影响。
结果表明，地震波的行波效应、空间相干性损失及散射效应是影响地下结构动力响应的关键因素。
考虑地震波的行波效应和空间相干性损失可以使地下结构的地震响应降低，但是地震波的散射效应可以增大地下结构的地震响应，结构的动力响应分析必须综合考虑这几项影响。
关键词：随机分析相互作用行波效应散射超大型地下洞室群的地震反应分析，由于与围岩的动力相互作用而变得十分困难，其响应特点与地面结构有明显的差别，目前还缺乏比较完善和合理的计算模型和计算方法。
其主要难点在于要全面分析地下结构在地震中的表现，除要考虑无限地基的刚度和辐射阻尼影响以外，地震动的震源特性以及地震波在不均匀介质中的传播规律对结构响应的影响也必须加以研究探讨。
结构的地震响应分析精度受制于几个方面的因素，如物理模型、计算方法及地震动输入机制等，这些因素是彼此关联的。
但是，由于地震动的不可精确预测性和不可重复性，目前对结构地震响应分析采用的场址地震动的研究还落后于对结构动力反应分析方法的研究，仍带有很大的随机性，尤其是对于大型地下洞室的地震动输入机制研究还处于探索阶段。
首先是缺乏大型地下洞室群的实际震害资料，目前国内外有关的地下洞室震害调查基本上为3m～6m直径大小，象溪洛渡地下厂房这种位于正常蓄水位以下400m，洞室跨度30m，高度近90m，长度几百米的地下洞室的实际震害资料基本上没有；其次是缺乏地下地震动的实际观测资料，这是地震动观测中的薄弱环节，也是地下结构抗震设计中的困难所在。
地下洞室及其围岩爆破地震安全监测与动力分析
地下洞室及其围岩爆破地震安全监测与动力分析
地下洞室及其围岩爆破地震安全监测与动力分析
基于地下洞室及其围岩的爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值及其卓越频率分析,论述爆破地震波的传播规律以及地下洞室与围岩爆破地震作用下的动力特性,并对爆破地震安全监测与分析结果进行解释与原因探讨.通过大量监测数据的回归分析,得出质点振动速度峰值与爆破药量和距离及环境条件的关系式,并在分析三者关系的基础上指出,近爆破点区域的爆破地震波衰减速度明显大于较远区域,爆破引起的质点振动速度峰值的卓越频率集中在以45 Hz为中心的15～75 Hz范围值.质点振动速度峰值及其卓越频率与爆破规模与环境的几何因素密切相关,介质本身的物理几何特性是爆破地震波衰减的主要影响因素之一.
作者：阳生权周健吕中玉 YANG Sheng-quan ZHOU Jian LV Zhong-yu 作者单位：阳生权,YANG Sheng-quan(湖南科技大学土木学院,湘潭,411201;同济大学土木学院,上海,200092)
周健,ZHOU Jian(同济大学土木学院,上海,200092)
吕中玉,LV Zhong-yu(湖南科技大学土木学院,湘潭,411201)
刊名：中国安全科学学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINA SAFETY SCIENCE JOURNAL 年，卷(期)：2006 16(6) 分类号：X924.4 关键词：地下洞室围岩爆破震动安全监测动力分析。
地震波入射方向对地下岩体洞室动态响应的初步分析
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作 者 简 介 ： 行 东 （９ ８ ）男 ， 苏 徐 州 人 ， 士 ， 理 工 程 马 １７ 一 ， 江 硕 助
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第 ３ 第 １期 ３卷
２０ 年 １ ０７ 月
水 力 发 电
文章 编 号 ： ５ ９ ９ ４ （０ ７ ０ — ０ ３ ０ ０ ５ — ３２ ２０ ）１０２ － ３
地 震 波入 射方 向对 地 下 岩体 洞 室 动 态响 应的初步 分析
地下洞穴的瑞利面波波场特征有限元数值模拟研究的开题报告
地下洞穴的瑞利面波波场特征有限元数值模拟研究的开题报告一、研究背景及意义地下洞穴的存在常常会引起地震动的扰动，而洞穴的破坏或坍塌也可能对地震灾害造成重大的影响。
因此，对地下洞穴的地震响应特性进行研究，对于了解洞穴稳定性，预测洞穴内部的应力和变形分布，进而判断洞穴稳定性和安全性具有重要的理论和应用价值。
地震波在地下洞穴附近会产生不同于自由场的效应，即瑞利面波（Rayleigh wave），其波速和能量分布不同于P波和S波，也不同于自由地面波。
因此，研究地下洞穴的瑞利面波波场特征，对于揭示地震波与洞穴相互作用机制，有助于推进地震灾害的预测和减灾工作。
二、研究目的本文旨在通过数值模拟，研究地下洞穴的瑞利面波波场特征，探究地震波与地下洞穴相互作用的物理规律，为洞穴的稳定性评估和安全性检测提供科学依据。
三、研究内容1. 建立地下洞穴和地震波的数值模拟模型；2. 模拟P波、S波和瑞利面波在地震波传播过程中的能量沿着空洞壁反射和折射的情况，详细分析波场特征、传播路径、波速分布等；3. 研究地震波与地下洞穴相互作用机制，分析洞穴的稳定性和安全性的影响因素；4. 提出一种有效的安全性评估和检测方法。
四、研究方法本文将采用有限元法（FEA）对地下洞穴的瑞利面波波场特征进行数值模拟。
具体而言，可以采用COMSOL Multiphysics等软件对地震波和地下洞穴进行建模和仿真，分析其波场特征、传播路径和波速分布等，并通过数值模拟验证模型的合理性和可信度。
五、预期结果1. 确定地震波与地下洞穴相互作用机制；2. 分析瑞利面波波场特征、传播路径和波速分布等；3. 提出一种有效的安全性评估和检测方法。
六、研究进度安排1. 研究文献调研，撰写文献综述（已完成）；2. 建立数值模拟模型，进行仿真验证（正在进行）；3. 分析波场特征、传播路径和波速分布等，探究地震波与地下洞穴相互作用机制；4. 制定安全性评估和检测方法，撰写论文和撰写毕业论文（2022年6月前完成）。
复杂地质条件下隧道爆破方案设计
复杂地质条件下隧道爆破方案设计摘要：由于我过越来越多的城市开始修建地铁，而地铁修建必然离不来隧道爆破问题，因此本文针对复杂地质条件下的隧道爆破方案设计，首先分析了岩溶地区隧道施工的处理，同时还阐述了隧道修建过程中较多发生的问题并提出解决措施。
最后就光面爆破技术和爆破地震效应进行了阐述。
关键词：复杂地质条件；隧道；爆破引言：在经济的列车飞速前进的背景下，我国的城市化水平逐步提高，城市的建设规模逐渐扩大城市人口越来越多，很多城市的城市病十分严重，比如交通拥堵出行困难等，为了使交通环境得到改善目前许多城市选择修建地铁，例如北京、深圳、上海等。
但是我国地质条件复杂，城市地铁的修建限制因素非常多，首先便是隧道爆破问题。
因此在进行城市地铁修建的隧道爆破方面必须加大研究力度。
1. 岩溶地区隧道的施工技术我国幅员辽阔地质复杂，其中非常棘手的便是岩溶地区城市的隧道修建。
1.1岩溶地段隧道施工出现的问题岩溶也就是喀斯特，是水对可溶性岩石的化学溶蚀作用非常强，流水的溶蚀造就了地下条件非常复杂的喀斯特地貌。
岩溶主要是由于地表水和地下水经过了不断的流动和水的循环等对可溶性岩层进行化学溶解，在冲刷以及机械破坏作用下形成的。
岩溶对隧道建设主要影响有：水空、坍塌、洞顶地表塌陷等等，特别是高压富水、深埋填充、突水、突泥等都对隧道质量造成较大的影响，进而影响交通行驶的安全性，从而使得具有岩溶地貌地区进行地铁建设时施工难度非常大。
1.2处理措施1.2.1定性预测方法定性预测方法是指将地质环境和地形地貌的勘探结合在一起进行定性预测。
在待施工的区域检测地形地貌、水文环境等情况，同时查阅相关的地质环境资料，进而对该地区岩溶的具体情况加以掌握之后，施工单位要对隧道所处区域的岩溶情况进行充分的调查，要仔细分析其发展变化规律，特别是水平岩洞的变化情况包括水平溶洞的层数、高程以及各个岩洞的规模等都要进行检查并记录。
1.2.2辅助坑道方法辅助坑道是隧道施工时，为缩短工期和改善施工条件开辟工作面而增设的坑道。
复杂环境下洞室开挖的爆破震动监测与控制
复杂环境下洞室开挖的爆破震动监测与控制饶杨安,吴 立(中国地质大学工程学院,武汉430074)摘 要:钻爆开挖法洞室的施工点临近新完成结构体,爆破地震波必须严格控制在安全范围之内。
根据爆破试验中的监测结果和经验公式确定最大单响药量。
结合二次减振和微差爆破技术的控制爆破方案,密集钻孔形成的孔排有效地削弱了穿越的地震波,单发单响的导爆管微差爆破方案在保证施工进度的同时,避免了地震波的叠加。
根据施工中的爆破震动监测结果调整施工参数,提高了施工效率并确定爆破震动控制在安全范围内。
工程的实践表明结合爆破实验、控制爆破震动的施工方案和震动监测能保证保护目标的安全。
关键词:洞室开挖;控制爆破;爆破试验;震动监测中图分类号:X932 文献标识码:A 文章编号:167121556(2003)0420067203①0 工程概况在某水库大坝接近完工时,发现大坝坝肩中的断层贯通率为100%,而不是前期推断的40%,因此,需要沿断层掘进一个灌浆排水洞,它紧靠一条刚完成的灌浆排水交通洞,沿该交通洞轴线向上向下都有已完工的防渗帷幕。
而该大坝为混凝土拱坝,坝肩为起主要的支撑部位,坝肩岩体内洞室纵横交错,所以爆破施工环境复杂(图1)。
由于初始爆破施工作业面距防渗帷幕和坝体仅3m ,帷幕的设计质点振动速度上限为1.5cm/s 。
1 爆破试验在邻近相似的岩石条件下的爆破模拟试验,记录振动数据,分析爆破地震波在岩体中的传播规律,以便选择一套能够确保被保护目标的安全的爆破开挖施工方案。
根据M.A.萨道夫斯基公式,爆破震动引起的质点振动速度由下式确定[1]:v =k3Q Rα(1)式中,v 为峰值质点振动速度,cm/s ;k 为与爆破场地等条件有关的系数;Q 为最大单响炸药量,kg ;R 为测点与爆源的距离;α为与地质条件有关的爆破地震波衰减系数。
取P =3QR,对上述公式两边取对数,则有:lg V =αlg P +lg k (2)由上式可知,只要在一定范围内布置测点,记录不同距离、不同药量的爆破地震波引起的质点的最大振速数据,以lg V ,lg P 为坐标轴,对记录数据进行回归分析得到lg P —lg V 关系直线,由该直线的斜率和截距可以得到场地条件系数α、k ,从而得到工程中具体的关系式。
人工爆破地震波特性的实验研究——打印
Series N o.342 December 2004 金 属 矿 山MET A L MI NE总第342期2004年第12期张凤鹏,东北大学理学院,副教授,100004辽宁省沈阳市。
人工爆破地震波特性的实验研究张凤鹏 马万昌 孙豁然(东北大学)金校园(南芬露天铁矿)摘 要 对南芬露天铁矿生产爆破产生的地震波进行现场测试,获得了大量有效的人工爆破震动数据。
通过对这些数据的时域和频域分析,研究了人工爆破地震的振动速度、频带、主振频率和衰减时间等参量的变化规律,分析了人工爆破对地下硐室的影响。
关键词 人工爆破 地震波 特性 实验研究 地下硐室Experimental Study on Characteristics of Man2m ade B lasting C aused Seismic W avesZhang Fengpeng Ma Wanchang Sun Huoran(Northeastern Univer sity) Jin X iaoyuan (Nanfen Iron Open2pit Mine)Abstract A great number of effective artificial blasting2caused vibration data were obtained through the on2site testing of the seismic waves caused by the production blasting at Nan fen Iron Open2pit Mine.Based on the analysis of time domain and frequen2 cy domain of the test data,the change laws of the parameters of man2made blasting2caused seism such as the vibration speed,fre2 quency bandwidth,dominant frequency and dying2away time were studied.The effect of man2made blasting on underground tunnel was als o analyzed.K eyw ords Man2made blasting,Seismic wave,Characteristics,Experimental study,Underground tunnel1 工程背景南芬露天铁矿是我国大型机械化露天开采矿山,是本钢铁矿石的主要生产基地。
深埋隧道中地震波场特征的数值模拟研究的开题报告
深埋隧道中地震波场特征的数值模拟研究的开题报告一、研究背景和意义地下隧道是现代城市建设的重要基础设施之一，然而在地震发生时，地震波在地下隧道中的传播和反射过程会对隧道的安全性产生影响。
为了保障地下隧道的安全，需要对地震波在隧道中的传播特性进行深入研究。
二、研究目的和内容本研究旨在通过数值模拟方法研究地震波在深埋隧道中的传播特征，探究地震波在隧道中的反射、折射、干涉等现象，为地下隧道的安全设计提供理论依据。
具体内容包括：1.建立地震波在深埋隧道中的数值模型；2.研究地震波在隧道中的传播特性，分析反射、折射、干涉等现象；3.分析隧道不同位置和不同方向的地震动响应特征；4.评估地震波对隧道结构的影响。
三、研究方法和技术路线本研究将采用有限差分法对地震波在深埋隧道中的传播特征进行数值模拟。
具体技术路线如下：1.建立深埋隧道地震波数值模型；2.利用有限差分法求解地震波在深埋隧道中的传播过程；3.分析反射、折射、干涉等现象；4.计算隧道不同位置和不同方向的地震动响应；5.评估地震波对隧道结构的影响。
四、预期成果和研究意义本研究预计能够得出深埋隧道地震波在传播过程中的特征，分析地震波对隧道结构的影响，为地下隧道的安全设计提供理论依据。
该研究成果可为地下隧道的建设和安全管理提供参考，促进城市基础设施的可持续发展。
五、研究进度安排1.文献调研和资料收集（3周）；2.建立数值模型和求解方案（4周）；3.进行地震波在隧道中的数值模拟（6周）；4.分析地震波在隧道中的传播特性（4周）；5.评估地震波对隧道结构的影响（3周）；6.撰写论文和进行答辩（4周）。
六、参考文献1. 陈大雷, 罗斌, 朱红,等. 深度地震勘探与地下工程地震动风险评估[J]. 岩土力学, 2011, 32(4):1009-1024.2. 李勇, 马铁砾, 王学俊,等. 地下工程地震灾害及其防治措施[J]. 自然灾害学报, 2006, 15(2):165-171.3. 许新征. 隧道地震响应分析及结构加固设计[M]. 北京：人民交通出版社，2008.。
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第24卷增1岩石力学与工程学报V ol.24 Supp.1 2005年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2005 复杂地下洞室群爆破地震波传播的现场试验研究李新平1，张成良1，陈先仿2，李友华2，郭运华1，代翼飞1(1. 武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430070；2. 中国葛洲坝集团公司，湖北宜昌 443002)摘要：溪洛渡水电站右岸平行开挖3条大断面近距离的导流洞，形成了多个工作面平行和交叉作业，致使爆破开挖干扰大，安全问题突出。
通过对复杂地下导流洞群爆破振动现场试验，研究了导流洞群爆破地震波在开挖主洞和邻近导流洞的传播规律。
研究结果显示在爆破作业条件相同的情况下，在其中一条导流洞进行爆破开挖时，其洞内爆破质点振动速度传播规律与与之相邻导流洞的振动速度传播规律存在较大差别，相邻导流洞内的爆破质点振动速度传播具有放大效应，且距爆破点近的内侧壁比外侧壁的放大效应在爆源近场弱，远场强。
这为复杂地下洞室群爆破施工的围岩稳定性和施工、支护的设计和安全性提供指导。
关键词：爆炸力学；水电站；复杂洞室群；相邻隧洞；爆破振动；现场试验研究；放大效应中图分类号：TD 235.39 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)增1–4700–05IN-SITU EXPERIMENTAL STUDY ON TRANSMISSION OF BLASTING VIBRATION WA VE IN GROUPS OF TUNNELS UNDER COMPLICATEDCONDITIONSLI Xin-ping1，ZHANG Cheng-liang1，CHEN Xian-fang2，LI You-hua2，GUO Yun-hua1，DAI Yi-fei1(1. Institute of Architecture and Civil Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2. China Gezhouba Group Corporation，Yichang 443002，China)Abstract：During the construction of Xiluodu hydroelectric station，three parallel training tunnels with great height and span shape are excavated in the right bank，and those tunnels are close with each other. It is inevitable for many work faces to operate at the same time. Thus，the important problem of safety is presented by blasting interference and complicated constructing conditions. Based on maintaining stabilization of rock mass and reducing the cost of support，in-situ experiments of blasting vibration are carried out in the groups of tunnels. According to test data，the rules of transmission of blasting vibration wave are studied in the excavating own and adjacent tunnel. The results show that there are some differences in the rules of transmission of blasting vibration between own and adjacent tunnels when excavating own tunnel，in which the vibrating velocities of particles in the adjacent tunnel hold magnifying effect. Moreover，the velocity magnifying effects between inside and outside walls of the adjacent tunnel are different，and the velocity magnifying effect of inside wall is weaker in the near zone and stronger in far zone compared with the outside wall. The studying results offer the guidance to the construction and design of complicated groups of tunnels and will be useful for the similar projects.Key words：mechanics of explosion；hydroelectric station；groups of tunnels under complicated conditions；adjacent tunnel；blasting vibration；in-situ experimental study；magnifying effect收稿日期：2005–04–02；修回日期：2005–05–30作者简介：李新平(1963–)，男，博士，1990年于中国科学院武汉岩土力学研究所获工学博士学位，现任教授、博士生导师，主要从事岩土工程、爆破工程方面的教学与研究工作。
E-mail：xinpingli@。
第24卷增1 李新平等. 复杂地下洞室群爆破地震波传播的现场试验研究 • 4701 •1 引言岩石作为一种脆性损伤材料[1]，存在着大量裂隙、微裂纹等缺陷，爆破对岩体破坏和损伤的过程是由于爆炸载荷作用下岩石内部大量微裂纹的成核、长大和贯穿而导致岩石宏观力学性能的劣化乃至最终失效或破坏的一个连续损伤演化累积过程，其损伤机制可归结为岩石内部微裂纹的动态演化过程导致岩体破坏失效。
在地下工程中，尤其是在水电工程建设中经常碰到大断面多工作面平行和交叉作业的格局，构筑物在重复爆炸荷载作用下，爆炸应力波会使导流洞群的岩体力学性能劣化，造成岩石强度和力学性能降低；或者使围岩内产生裂纹或使原有裂纹扩展，影响岩体的完整性，增加了支护和衬砌费用。
如何合理地确定各作业面的作业间距，最大限度地减少爆炸荷载对围岩的破坏作用，保证构筑物的稳定，是地下工程多工作面作业所面临的共同问题。
试验作为一种对未来工程实际情况的预测方法，在实际工程中得到了广泛的应用。
文[2]对备用料开采爆破对百色地下厂房安全影响进行了试验研究；文[3]在柴石滩水库进行了大爆破对开挖水工隧洞影响的现场模拟试验，通过对基岩及隧洞的应力应变、振动速度等观测，研究了隧洞在条形药室自上而下的爆炸荷载作用下的受力特征及破坏准则；文[4]等观测发现爆破振动作用下不同部位质点振动加速度分布规律各异，并统计分析得到爆破地震波作用下土岩介质质点振动速度与比例距离、介质动力特性、药量和爆破方式的经验关系式和地下洞室受邻洞爆炸影响的振动衰减规律经验公式；文[5]用动光弹试验模拟爆炸应力波与地下结构的相互作用；文[6]研究了邻近爆破对地下煤矿的损伤问题。
但对于复杂地下洞室群爆破，洞群之间地震波的传播研究较少，本文采用现场试验，研究地下洞群爆破地震波的传播规律。
2 工程概况及试验目的2.1工程概况溪洛渡水电站施工期坝址右岸布置了3条(4#～6#)导流洞。
导流洞平面呈单弯道布置，洞身断面为城门洞型，衬砌后净断面尺寸均为18 m×20 m(长×宽)。
右岸导流洞布置于金沙江右岸山体内，进口高程在368～380 m之间，出口高程在362～364.5 m 之间。
4#～6#导流洞洞身长分别为1 258，1 435和1 697 m。
导流洞洞身主要为P2β4～P2β6层致密状玄武岩、斑状玄武岩及角砾(集块)熔岩岩性坚硬，单轴抗压强度大于100 MPa，属坚硬–极坚硬岩类。
工程区无断层分布，主要结构面为层间、层内错动带和节理裂隙。
导流洞部位层间错动带总体不发育，其中C3层间错动较弱，多表现为顺层缓倾剪切裂隙密集带，一般带宽5～30 cm，局部最宽可达50 cm(包括影响带)，断续延伸。
C4层间错动带断续延伸，主错面波状起伏、粗糙，主错带宽度一般5～10 cm，主要由角砾及少量岩屑组成，影响带宽10～30 cm，结构紧密，工程类型以裂隙岩块型为主，部分为含屑角砾型。
C5层间错动带分布连续，错动面舒缓波状起伏，光滑，见倾向擦痕，主错带宽5～15 cm，主要由角砾及少量岩屑组成，影响带宽30～50 cm，局部可达1 m，总体产状NE30～50°/SE∠3°～8°，工程类型以含屑角砾型为主，部分裂隙岩块型。
2.2试验目的由于导流洞开挖跨度大、高度高，进行开挖的4#～6#导流洞为3条平行隧洞，3条导流洞洞壁之间净距离仅30～40 m，开挖爆破干扰大，安全问题突出。
因此，进行复杂地下导流洞群的爆破地震波传播规律的现场试验，研究导流洞室群之间爆破地震波在近区和远区的传播规律，研究导流洞群爆破地震波在开挖主洞和邻近导流洞的传播规律，这可以指导大断面、近距离多条导流洞平行和交叉作业的施工组织设计，确定合适的相邻导流洞的工作面距离，并将为复杂导流洞群爆破施工的围岩稳定性和施工安全性提供保证。
3 爆破与现场试验在爆破开挖施工中，采用中导洞先行，两侧扩挖跟进的施工方法。
中导洞开挖断面为12.5 m×9 m(长×宽)，中导洞设于顶拱层中部，中导洞超前于两侧扩挖3个循环，即超前10 m左右。
开挖主要采用在自制钻爆作业平台上20台气腿钻同时造孔，斜眼掏槽、垂直崩落和周边光爆的爆破方式[7，8]，4排掏槽孔对称起爆，其他崩落孔和周边孔按顺序对称起爆，掏槽孔孔深4.5～5.0 m，倾角60°～75°，崩落孔和周边孔孔深4.0～4.5 m，孔径φ 42；掏槽孔间排距0.5×0.7 m或0.6×0.8 m，爆破单耗为1.0～1.2 kg/m3；崩落孔间排距0.6×1.0 m，单耗为0.6 kg/m3• 4702 • 岩石力学与工程学报 2005年左右；周边孔线装药密度为130～150 g/m。