【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及地下工程和爆破工程，尤其涉及用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法。
技術介紹
1、作為一種高效經濟的巖土開挖方法，鉆爆法在地下工程施工中得到廣泛應用。然而，與山嶺隧道施工不同，城市地下工程面臨著更為復雜的地質條件和環境約束。城市地面建筑密集，包括各類民用建筑、交通設施及市政設施；地下空間中分布有給排水管網、燃氣管線、電力管廊以及地鐵隧道等重要基礎設施，這些結構對爆破振動均較為敏感。
2、目前，工程實踐中采用的爆破振動控制技術主要可分為三類：一是針對保護對象采取加固措施，如結構補強、包裹防護等，但此類方法往往受限于既有結構的可施工性，且成本較高；二是控制爆源參數，包括優化爆破參數、采用延時爆破、控制裝藥量等，但過度控制爆破參數可能影響施工效率；三是在爆破地震波傳播路徑上采取減震措施，主要包括開挖減震溝、設置減震帶以及布設注漿帷幕等。其中，注漿帷幕因其施工便捷、適應性強且對既有結構干擾小等優點，已成為最常用的減振措施之一。
3、然而，現有注漿帷幕減振技術仍存在以下技術缺陷：
4、注漿帷幕的減震效果難以準確評估。現有研究多基于經驗公式或簡化模型，未能充分考慮場地條件、爆源特性及帷幕參數等多重因素的耦合影響，導致減震效果預測精度不足。
5、注漿帷幕的設計參數缺乏系統性確定方法。目前工程中帷幕的幾何尺寸(高度、長度、寬度)及位置參數多依據經驗確定，缺乏理論依據和定量化設計方法。
6、結構安全控制指標與注漿帷幕參數之間缺乏明確的關聯機制。現有設計未能建立起
7、因此，如何建立一套科學合理的注漿帷幕參數設計方法，實現爆破振動作用下結構的有效保護，是當前亟待解決的關鍵技術問題。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提出了用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，通過建立基于量綱分析的振速預測模型、開展數值模擬驗證、構建振速-應力關系式等方法，實現注漿帷幕減震效果的準確評估，提供系統的帷幕參數設計方法，建立結構安全控制指標與帷幕參數之間的定量關系，從而為爆破振動作用下結構的安全防護提供可靠的技術支撐和理論指導。
2、本專利技術的技術方案是這樣實現的：本專利技術提供了用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，包括：
3、s1、確定影響保護結構振速的主要因素，采用量綱分析白金漢定理構建包含待定系數的振速預測模型；
4、s2、建立有限元爆破數值模型，獲取不同參數組合下的結構振速數據；
5、s3、利用振速預測模型對結構振速數據進行擬合，確定振速預測模型中的待定系數；
6、s4、建立結構振速與應力的關系式，基于設計規范確定安全應力閾值，通過關系式確定結構振速安全閾值，將所述結構振速安全閾值代入步驟s3的振速預測模型，結合工程條件確定滿足結構安全要求的注漿帷幕設計參數。
7、在上述技術方案的基礎上，優選的，注漿帷幕埋置于保護結構與爆源之間，即爆破應力波的傳播路徑上，用于干擾爆破應力波的傳播。
8、在上述技術方案的基礎上，優選的，影響保護結構振速的主要因素包括：
9、場地參數，包括巖土體密度、巖土體縱波波速、巖土體橫波波速、土體含水率及保護結構與爆源的距離；
10、爆源參數，包括炸藥量、藥包直徑、炮孔直徑、炸藥爆速及炸藥密度；
11、注漿帷幕參數，包括注漿帷幕高度、注漿帷幕長度、注漿帷幕寬度及注漿帷幕與保護結構的水平距離。
12、在上述技術方案的基礎上，優選的，步驟s1中采用量綱分析白金漢定理構建包含待定系數的振速預測模型的具體步驟包括：
13、從主要因素中選取3個因素作為量綱獨立因素，其余因素作為量綱不獨立因素，其中，任一量綱獨立因素不能由另外兩個量綱獨立因素通過基礎數據計算得到；
14、通過π定理將量綱不獨立因素轉化為無量綱數；
15、根據量綱齊次定理，并結合無量綱數，構建得到包含待定系數的振速預測模型。
16、在上述技術方案的基礎上，優選的，量綱獨立因素為炸藥量、保護結構與爆源的距離以及巖土體縱波波速，構建得到的包含待定系數的振速預測模型數學表達式如下：
17、
18、式中，vp為保護結構振速；η為減震效率；k、α1、α2、α3、α4、α5為待定系數，其中，c為巖土體縱波波速，ρ為巖土體密度；r1為保護結構與爆源的距離；r2為注漿帷幕與保護結構的水平距離；h為注漿帷幕高度；l為注漿帷幕長度；w為注漿帷幕寬度；q為炸藥量。
19、在上述技術方案的基礎上，優選的，步驟s2包括：
20、s21、使用ansys/ls-dyna軟件建立三維有限元模型，模型尺寸根據炸藥實際作用范圍及炮孔尺寸進行設置；
21、s22、采用拉格朗日網格對模型進行劃分，其中保護結構及其周邊區域進行網格加密處理；
22、s23、設置邊界條件，包括：模型四周及底部采用無反射邊界條件，頂部采用自由邊界條件；
23、s24、采用面-面接觸算法描述土-結構相互作用，并設置相應的摩擦系數；
24、s25、選擇材料本構模型，其中：土體采用drucker-prager本構模型，注漿帷幕采用concrete_damage_rel3材料模型，并輸入相應的物理力學參數；
25、s26、通過以下兩種方法之一設置不同參數組合的工況：單因素影響分析法，每次僅改變一個主要因素；或多因素正交分析法，同時改變多個主要因素；
26、s27、根據每種參數組合的工況，在三維有限元模型中進行模擬計算，并對計算結果進行可靠性驗證，以獲得不同參數組合的工況下的數值模擬結果；
27、s28、根據不同參數組合的工況下的數值模擬結果，統計得到不同參數組合工況下的結構振速數據。
28、在上述技術方案的基礎上，優選的，步驟s27中，對計算結果進行可靠性驗證包括：
29、通過后處理軟件lsprepost讀取數值模擬與室內模型試驗同一點位的土壓力、加速度或振速結果，若兩者波形較為接近，且峰值相差不大，各點誤差均在15％之內，則判定數值模擬結果可靠。
30、在上述技術方案的基礎上，優選的，步驟s4包括：
31、s41、根據波動學理論推導結構振速與應力的函數關系式為：
32、σ＝f(vp)
33、式中，σ為保護結構有效應力；vp為保護結構振速；
34、s42、基于設計規范確定安全應力閾值：
35、[σ]＝k·σ0
36、式中，[σ]為安全應力閾值，k為安全系數，σ0為設計規范規定的最大允許應力；
37、s43、通過結構振速與應力的函數關系式反推得到結構振速安全閾值：
38、[vp]＝f-1([σ])
39、式本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，注漿帷幕埋置于保護結構與爆源之間，即爆破應力波的傳播路徑上，用于干擾爆破應力波的傳播。
3.如權利要求2所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，影響保護結構振速的主要因素包括：
4.如權利要求3所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，步驟S1中采用量綱分析白金漢定理構建包含待定系數的振速預測模型的具體步驟包括：
5.如權利要求4所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，量綱獨立因素為炸藥量、保護結構與爆源的距離以及巖土體縱波波速，構建得到的包含待定系數的振速預測模型數學表達式如下：
6.如權利要求3所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，步驟S2包括：
7.如權利要求6所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，步驟S27
8.如權利要求4所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，步驟S4包括：
9.如權利要求1所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，注漿帷幕由水泥砂漿、橡膠粉、鐵粉及河沙組成。
10.如權利要求1所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，保護結構包括：
...【技術特征摘要】
1.用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，注漿帷幕埋置于保護結構與爆源之間，即爆破應力波的傳播路徑上，用于干擾爆破應力波的傳播。
3.如權利要求2所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，影響保護結構振速的主要因素包括：
4.如權利要求3所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，步驟s1中采用量綱分析白金漢定理構建包含待定系數的振速預測模型的具體步驟包括：
5.如權利要求4所述的用于爆破振動作用下結構保護的注漿帷幕參數設計方法，其特征在于，量綱獨立因素為炸藥量、保護結構與爆源的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣楠，謝先啟，楊玉民，姚穎康，賈永勝，孫金山，周傳波，羅帥兵，
申請(專利權)人：江漢大學，
類型：發明
國別省市：
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