水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用下桥墩动力响应特征研究

发布时间：2020-07-26 07:37

【摘要】：随着我国对于内河航运通航要求的逐步提高,水下炸礁工程呈现大体积、大药量的趋势,城镇化的不断推进导致爆破区域环境的日趋复杂,对控制水下钻孔爆破地震波与水击波有害效应的要求也更加严格。桥梁作为航道炸礁重要的保护对象,其桥墩结构处于基岩之上、水域之中。当桥墩紧邻爆破区域时,必将承受水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用,使结构产生动力响应,若控制不当极易形成损伤,将对桥梁整体稳定性造成影响。因此,水下钻孔爆破地震波与水击波的协同作用效应和协同作用下桥墩动力响应特征及演化机制成为水下爆破领域亟待解决的课题。目前对于水下钻孔爆破地震波与水击波有害效应的研究主要集中在地震波传播规律及对岸边建(构)筑物的影响,水击波传播规律及对船舶和鱼类的影响,和水下钻孔爆破控制技术等方面。而对于水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用效应,承受地震波与水击波协同作用的桥墩结构动力响应特征研究则存在明显不足。因此,迫切需要对水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用效应及桥墩动力响应特征展开详细研究,以便更好地指导水下钻孔爆破设计、施工,进而丰富完善水下钻孔爆破安全控制理论体系。本文以水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用效应为研究核心,以紧邻桥墩水下钻孔爆破环境为工程背景,以长江上游九龙坡至朝天门河段航道建设工程为工程对象,采用现场调查、理论分析、现场监测、现场试验和数值模拟等研究手段,开展水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用下桥墩动力响应特征研究。论文主要研究工作包括以下几个方面:(1)水下钻孔爆破地震波特性及传播规律研究:分别从“爆破地震波特征参数、爆破地震波信号分析技术、水下钻孔爆地震波能量特性、水下钻孔爆地震波传播规律及预测”四个方面,对水下钻孔爆破地震波能量特性及传播规律进行了研究。以地震波能量为主要特征指标,采用时频分析技术提取水下钻孔爆破地震波信号的时频特征,分析实测爆破地震波信号的时频域局部化特征、时频分辨率和交叉项抑制情况,获得最优水下钻孔爆破地震波时频分析方法。结合小波分解及重构技术,揭示不同因素对水下钻孔爆破地震波能量特性的影响;并通过量纲分析,建立地震波能量预测公式。(2)水下钻孔爆破水击波特性及传播规律研究:依托长江上游九龙坡至朝天门河段航道建设工程,开展了水下钻孔爆破水击波测试试验,分别进行了单孔爆破水击波测试试验、多段微差爆破水击波测试试验和临空面不同方向的水击波测试试验,并结合水击波现场监测,对单孔爆破和多段微差爆破水击波波形特征及传播规律进行了研究,并探讨了临空面方向对水击波传播规律的影响。(3)水下钻孔爆破地震波与水击波单独作用下桥墩动力响应特征研究:考虑地震波及水击波作用对桥墩影响的差异性,在紧邻桥墩水下钻孔爆破模型的基础上,分别建立了地震波作用模型和水击波作用模型。对地震波作用和水击波作用下桥墩应力、振动速度和位移响应特征进行分析,获得了各动力响应因子的变化规律。(4)水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用下桥墩动力响应特征及演化机制研究:在前述章节研究成果的基础上,对紧邻桥墩水下钻孔爆破模型进行分析,研究了水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用效应及桥墩动力响应特征,进而探讨了水下钻孔爆破地震波与水击波作用的差异性。通过建立多组不同因素条件下紧邻桥墩水下钻孔爆破模型,分析了单段最大药量、爆心距和水深因素对桥墩动力响应的影响,研究了桥墩应力、振动速度和位移动力响应演化机制,构建了桥墩动力响应演化模型(动力响应函数)。(5)紧邻桥墩水下钻孔爆破安全判据研究:在探讨现有爆破安全判据的基础上,根据混凝土动态强度特征、最大拉应力理论和等效峰值能量理论,以水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用下桥墩动力响应特征及演化机制研究结果为基础,获得了振速-频率综合性桥墩安全判据。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.22
【图文】：

长江上游九内，由上游合整治，九工程、疏浚建坝体 27，疏浚工程程量约 1.5九龙坡至朝游至下游的九龙坡至朝浚工程、炸条和 3 道护程量约 2.254×105m3；图 2.1 工朝天门河段航的胡家滩、砖天门河段碍炸礁工程和配护底，保持6×106m3。航道整治工工程地理位置航道建设工砖灶子、三碍航滩段分配套工程共持疏浚航槽的对猪儿碛滩工程完成后置示意图工程对九龙坡三角碛、铜元分布如图 2.2共四个分项的稳定；对滩段及砖灶后，增设助航坡至朝天门元局和猪儿2 所示。本建工程，包括对各碍航滩段灶子滩段礁石航标志 27 座门河段 22儿碛 5 个建设工程括在各碍段浅区实石进行炸座。

江上游九，由上游整治，九程、疏浚坝体 27疏浚工程量约 1.5九龙坡至朝游至下游的九龙坡至朝浚工程、炸条和 3 道护程量约 2.254×105m3；图 2.1 工朝天门河段航的胡家滩、砖天门河段碍炸礁工程和配护底，保持6×106m3。航道整治工工程地理位置航道建设工砖灶子、三碍航滩段分配套工程共持疏浚航槽的对猪儿碛滩工程完成后置示意图工程对九龙坡三角碛、铜元分布如图 2.2共四个分项的稳定；对滩段及砖灶后，增设助航坡至朝天门元局和猪儿2 所示。本建工程，包括对各碍航滩段灶子滩段礁石航标志 27 座门河段 2儿碛 5 个建设工程括在各碍段浅区实石进行炸座。

10 月~12 月及次年 1 月、2 月水位不同程度壅高，呈水库状态，3 月消落，自上而下逐渐恢复天然状态，5 月~9 月上旬工程河段基本保持天蓄水期水库状态：工程河段最大壅水高度 6m~14m，受壅水影响时段内工位高、水流平缓，比降小，航道条件较好。图 2.3 2008 年试验性蓄水以来三峡坝前水位过程1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月1401451501551601651701751802008年 2009年2010年 2011年2012年 典型调度2013年 2014年水位（吴淞.m）1902013年

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本文编号：2770478