不同加载方式下隧道爆破振动特征分析

爆破所引起的地震效应被公认为爆破公害之首。在研究爆破振动传播规律时，主要有数值模拟、爆破振动测试，小型爆破实验等方法，由于爆破是一个高温、高压、高速的瞬态过程，数值模拟方法已经成为一种必然趋势。爆破数值模拟的可靠性依赖于输入模型的材料参数、炸药状态方程及爆破加载方式等，其中加载方式是一个重要的内容，不同的加载方式对模拟结果的精确度有重要的影响。

国内外的很多科研工作者对爆破数值模拟中不同的加载方式进行了对比研究。如许红涛等对比分析了流固耦合算法、等效爆破荷载施加于炮孔壁及炮孔连心线三种加载方式[1]。苏佳园等讨论了简化三角形荷载、实测波形加载和炸药状态方程三种加载方式模拟爆破过程中的压力和比容关系[2]。张玉成等将作用在炮孔壁上的孔状爆破荷载等效成面荷载模拟爆炸作用，这种方法可以简化模型且计算容易收敛[3]。胡亚辉将共用节点算法、三角形脉冲波荷载、实测爆破振动荷载波形作为输入荷载进行模拟，与实测的数据对比，得出第三种加载方式下质点振速峰值、振动频率都与实测数据比较接近[4]。SWOBODA G等将等效爆破荷载施加在炮孔璧上，研究了距离隧道掌子面近区及远区的塑性区变化情况并与静载作用下的结果进行了对比分析[5]。SHIN JongHo等通过对现场的爆破测试数据修正并施加在炮孔周围塑性区的外边界上，模拟对紧邻隧道的影响[6]。李启月等应用微差爆破荷载等效施加方法模拟了距爆源不同距离的中远场巷道围岩质点振动速度[7]。赵婉婷等研究了将爆破荷载施加到隧道开挖轮廓面的适用性[8]。丁桦等提出了一种适用于松动爆破的爆破震源的等效模型[9]。胡军等对爆破荷载等效加载到粉碎区外边界上的可行性进行了研究[10]。杨建华等确定了群孔起爆条件下爆炸荷载作用的等效弹性边界，并计算了等效边界上沿炮孔轴向变化的爆炸荷载[11]。由于实际爆破工程中炮孔数量很多，而给大量的炮孔划分网格十分繁琐，电脑计算运行的时间也较长，因此选择一种合适的加载方式显得相当必要。

在分析共用节点算法、炮孔壁上施加三角形荷载及炮孔连心线所在的平面上施加三角形荷载三种加载方式的要求和特点后，运用ANSYS/LS-DYNA软件对同一巷道模型分别采用这三种不同加载方式进行了数值模拟，并与实测爆破振动数据分别对比分析，得出不同加载方式的适用范围，为进行爆破数值模拟时选择合适的加载方式提供参考。

1　不同加载方式算法特点

1.1　共用节点算法

共用节点算法是将炸药与被爆炸结构均采用8节点实体单元，炸药单元与被爆炸结构单元之间具有相同的节点，采用软件自带的高能炸药材料模拟爆炸过程(简称方式1)[12]。

好的问题应当具有指向性．开放不代表没有方向，问题要让学生有思路思考，有办法回答．本节课中，对于几何语言的培养，问题设计体现了三个层次，第一层次的问题是“说出立体图形的表面包含的平面图形”，第二层次的问题是“请描述立体图形的特征”，第三层次的问题是“用数学语言有条理的描述”．这三个问题的指向非常明确，也层次分明．

这是很常用的一种模拟爆破荷载的方法，当炮孔数很多时，划分炮孔、炸药及堵塞介质的网格会相当繁琐，同时研究距离爆源较远处的爆破振动时，需要划分的网格数量太多，严重时使得计算无法继续进行下去。

1.2　炮孔壁上施加三角形荷载

炮孔壁上施加三角形荷载是根据简化的三角形脉冲荷载[3,13]，在建模时不考虑炮孔形状，直接将爆破振动荷载曲线施加在炮孔壁上(简称方式2)。这种方式较方式1节省了大量的计算时间及内存，但是进行网格划分的工作量仍然很大。

该荷载形式需要确定两大要素：①爆破荷载峰值；②爆破荷载升压时间和正压作用时间。

“养成性的实践教学”对职前、职后一体化的教师教育具有多方面的启示。例如，无论是师范生学习还是教师在职培训，都需要培养教师关键素质中的情智结构：促进师生和谐交流的心理品质——“热情和同情心”；在充满心理冲突与情感碰撞的教育情境中，摆脱失败的阴影，淡化成功与荣耀的虚妄，保持平和朴实的职业心境的自我力量——“情感成熟品性”；互换心理位置，敞开心扉走进学生心理世界的移情能力；衣着得体、语言健康幽默、举止文明礼貌的仪表仪容等。这些品性，是支撑优质教学的重要基础，需要教师用一生去涵养。

(1)爆破荷载峰值

在C-J爆轰条件下，炸药的平均爆轰压力为[1]

(1)

式中：PD为炸药爆轰平均初始压力，Pa；ρe为炸药密度,kg/m3；D为炸药爆轰速度，m/s；γ为炸药的等熵指数，对一般工业炸药取3。

对于耦合装药条件，作用在炮孔壁上的压力即为炸药爆轰压力，则有

P0=PD

(2)

式中:P0即为耦合装药时爆破荷载峰值压力，Pa。

基于站点实测的土壤墒情数据和遥感反演的土壤含水量数据，通过旱情等级进行精度评价，对旱情监测结果进行验证。基于地面站点观测的土壤墒情数据，依据旱情等级标准，得到该站点旱情等级，与对应图像像元的旱情等级进行对比，根据相同的比例评价旱情监测精度。表2～表4为2015年、2016年、2017年旱情等级精度评价表。

后两种方式模拟结果在近区有差异，在远区接近可以用圣维南原理来解释。圣维南原理叙述如下[16]：分布于弹性体上一小块面积(或体积)内的荷载所引起的物体中的应力，在离荷载作用区稍远的地方，基本上只同荷载的合力和合力矩有关；荷载的具体分布只影响荷载作用区附近的应力分布。

(3)

(4)

式中：K为岩体的体积压缩模量，Pa；μ为岩体的泊松比；Q为炮眼装药量，kg；r为距装药中心的距离与炮眼半径的比值，偶合装药时取1[14]。其中体积模量K和弹性模量(或称杨氏)E、μ之间有关系：

3.2.1　质点振动速度时程曲线

柱状装药爆破时，需要考虑爆轰波的传播过程，需要将药柱划分为多个单元，单元越多，模拟结果越精确。综合考虑计算时间及模拟精确程度将药柱分成8个单元，根据爆轰波传播速度v；单元长度l；考虑各单元的起爆延迟t。然后经过起爆延迟时间t分别将相同形式的爆破荷载施加在炮孔壁上[1]。

大黑猫最近也总爱把眼睛眯成一条缝，它不再怔怔地望着对面的寓所发呆，我看到它常痴迷陶醉地盯着李小树旁边的那处小洋楼。我猜想可能是那只通体雪白的波斯猫在紫藤架上上蹿下跳的原因，又或者是新搬进小洋楼里的那个女人引起了它的注意。

1.3　炮孔连心线所在的平面上施加三角形荷载

对于三维问题，等效压力施加在炮孔轴线与同排炮孔连心线所确定的平面上，压力作用的深度范围与炮孔内装药段长度相等。

将同排炮孔连心线所在竖直面建成平面，假定单个炮孔壁上作用有压力P0；炮孔半径为r0；孔间距为a；等效施加在的炮孔连心线上，需施加的等效压力为

Pe=(2r0/a)P0

(5)

炮孔连心线所在的平面上施加三角形荷载是将简化的三角形脉冲荷载施加在同排炮孔连心线与炮孔轴线所确定的平面上(简称方式3)[1]。这种方式在建模时没有炮孔，降低了划分网格的工作量，单元数量也大幅度的减少，计算机计算时间大幅度的缩短。

(1)Cpv是指施工项目在考核期内，基于拟投入的安全成本，在确保计划安全保障水平的基础上安全成本的计划费用值。

2　隧道爆破数值模拟模型

为了对比三种加载方式的爆破震动特征数值模拟结果，结合恩施金凤大道许家坪隧道爆破工程实际，采用LS-DYNA动力有限元软件对隧道掏槽爆破过程进行了模拟计算，并用实测结果分别进行了检验验证。

北部湾是我国大西南的海上通道，也是著名渔场。随着海上运输作业越来越繁忙，船舶通航密度越来越大，维护海上交通安全愈加重要。粤桂海事部门高度重视北部湾区域海上交通安全，广东海事局局长陈毕伍、广西海事局局长黄军根带队乘坐南海最大的海事执法船“海巡31”轮参与本次巡航行动。粤桂海事部门共出动海巡船艇4艘、执法人员48名，巡航里程约500海里。巡航期间，海事执法人员对琼州海峡、北部湾、石油平台、中越边界中线、白须公礁水域、防城港航道等通航水域进行巡查，查处海上船舶违法违章行为，维护正常通航秩序，防范船舶污染海洋环境，保障水上交通运输安全。

2.1　许家坪隧道工程地质特点

恩施金凤大道许家坪隧道，围岩为白垩系上统正阳组砂岩，块状构造，粘土质、铁质孔隙式胶结。岩体节理裂隙稍发育，完整性好，围岩呈大块状、整体状，主要岩层属于软质岩。围岩级别以Ⅲ级围岩为主。

隧道高600 cm，宽1200 cm，以两排掏槽孔作为研究对象，其距隧道中线130 cm，最下面一个炮孔距底板75 cm，一排共布置5个炮孔，炮孔间距a=75 cm。炮孔直径db=4 cm，采用耦合装药，炮孔长度l=150 cm，装药长度l1=120 cm，总装药量为11.5 kg，堵塞介质为粘土，堵塞长度l2=30 cm。两排掏槽孔示意图如图1所示。

图 1　掏槽孔示意图(单位：cm) Fig. 1　Sketch map of cut holes (unit:cm)

2.2　计算模型与参数

采用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟炸药爆炸时激励已开挖巷道底板的振动效应，以两排掏槽孔作为研究对象，为减小计算量，建二分之一模型，如图2所示。数值模型尺寸为120 cm×120 cm×5550 cm(X向×Y向×Z向)，使用三维实体solid164单元进行网格划分，采用cm-g-μs单位制。

和初中阶段相比，高中生在学习物理、理解物理问题时，需要用到大量的数学知识和方法.比如在研究运动学时，学生要从比值的角度来理解速度、加速度等概念；学生要灵活地采用位移时间图象和速度时间图象来帮助自己认识运动特点，其间还涉及到函数单调性、斜率、截距等特征量的物理意义；在追及相遇的问题分析过程中，学生可以采用一元二次方程根的判别式来分析两车能否相遇或相遇几次的问题，也需要能够借助二次函数来分析两车之间的距离变化特点.

图 2　隧道爆破计算模型 Fig. 2　Calculation model of tunnel blasting

计算中，炸药采用LS-DYNA中的自带的高能炸药材料*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN，状态方程采用JWL方程。恩施许家坪机场下穿隧道爆破现场使用的炸药为2#岩石乳化炸药，炸药的参数以及JWL方程的参数列于表1。

JWL状态方程的形式为

(6)

式中：P为压力；V为相对体积；E为内能；A、B、R1、R2、ω为常数。初始内能已经过调整，当V=1，T=298 K时，P=0。

表 1　炸药的物理力学参数

Table 1　Physical and mechanical parameters of explosive

密度/(g·cm-3)爆速/(cm·μs-1)A/GPaB/GPaR1R2ωEos/GPa1．090．4216．418．26．20．90．156．192

围岩采用Mohr-Coulomb材料*MAT_MOHR_COULOMB。根据围岩力学参数的反演成果，围岩的参数列于表2。

表 2　围岩物理力学参数

Table 2　Physical and mechanical parameters of surrounding rock

密度/(kg·cm-3)弹性模量/GPa泊松比粘聚力C/MPa内摩擦角/°抗压强度/MPa2500100．250．943．7775．5

堵塞介质为粘土，粘土的物理力学参数列于表3。

表 3　粘土的物理力学参数

Table 3　Physical and mechanical parameters of clay

密度/(kg·cm-3)泊松比粘聚力C/MPa剪切模量/MPa内摩擦角/°1．80．350．915043．777

3　掏槽爆破震动衰减特征模拟分析

本文主要从振速峰值随爆心距衰减规律、质点振动速度时程曲线两个方面对三种加载方式的模拟结果与实测的数据进行对比分析。

作品赏析是美术教学中的重要一课，在赏析作品时能够使学生获得美感经验，之后与自己的个体作品作用起来，有利于提高学生的审美能力。因此，在小学美术教学中，教师可以选择一些色彩丰富的作品给学生进行赏析，比如《小金鱼》《虾》《向日葵》《红黄蓝构图》等。在对这些知名作品进行赏析时，教师要引导学生在已有的色彩基础上，对色彩的方向进行品评，之后再结合自己的体验和从生活中获取的美感经验，感知作品中的色彩美，提高自己的色彩感知能力。

3.1　三种加载方式下震动速度峰值衰减规律

(4)方式1适用于模拟少量炮孔在近区的爆破冲击响应。方式2、3能够减少繁琐的划分网格工序、加快计算时间并减少对计算机内存的占用，由于研究爆破振动的危害区域主要位于中远区，在模拟实际的爆破工程中具有更强的适用性。

由图3可以看出，方式1模拟结果与实测数据吻合得较好；后两种方式模拟结果在近区有差异，在远区接近；后两种方式模拟结果较实测数据偏大，尤其是近区。

2017年开始，李高明扎实推进他的品牌策略，跑遍了沿海省份，拿了他觉得最有价值、最有市场前景的产品到他位于螺蛳湾国际商贸城的店铺总店售卖。今年6月份，他又在昆明春城路上开设了哈尼染的形象店，直接面对客户做品牌宣传。

图 3　振速峰值随爆心距的衰减曲线 Fig. 3　Decay curve of vibration velocity peak with distance from explosive source

(2)爆破荷载升压时间tr和正压作用时间ts

1.2.1 对照组护理为对照组患者采取常规护理。严密观察患者的生命体征变化,给予患儿及其家属常规的疾病健康宣教的心理护理,保持患儿呼吸道通畅,嘱咐患儿大量喝水[2]。

由于在施加等效爆破荷载很大，为了防止单元出现负体积，需要把网格划分得较大，因此后两种方式模拟结果比实测数据偏大，尤其是近区。

3.2　两种等效加载方式模拟结果的检验与修正

在模拟分析时，需要保证所定义的荷载时间范围大于求解时间，正压作用时间ts后的荷载定义为零[13]。其中压力荷载需要施加到单元组元的表面上，如三维实体solid 164单元，有6个表面，加载过程中需要向程序声明加到哪个面。同时将荷载施加在炮孔璧时需要将笛卡尔坐标系转换为柱坐标系[15]。

[3]　张玉成，杨光华，胡海英,等.爆破振动对建(构)筑物影响数值计算模型及安全判据的研究[J].土木工程学报,2015,48(2):22-29.

由图4、图5可以看出，与实测振速时程曲线进行对比发现，3种方式模拟结果的频率相对实测结果偏高，3种方式模拟得到的爆破振动周期基本一致。3种方式模拟得到的振速峰值出现的时间较为一致，波形的变化规律也较为接近，与实测数据的峰值基本接近。

由于隧道围岩采用的是弹塑性本构模型，数值模拟结果的频率相对实测结果偏高。

3.2.2　震动速度峰值衰减规律

为了减小施加等效爆破荷载时网格划分得较大的影响，在对方式2、3的振动数据乘以一个修正系数0.1后，与实测拟合的振速峰值在水平径向(X向)及竖直向(Y向)随爆心距衰减曲线如图6所示。

由图6可以看出，对方式2、3的振动数据乘以一个修正系数0.1后，在近区方式2、3模拟得到振速峰值比实测数据稍小，在中远区基本一致。

图 4　20 m处水平径向振速时程曲线对比图 Fig. 4　Comparison of horizontal radial vibration speed time curve at 20 m

图 5　20 m处竖直向振速时程曲线对比图 Fig. 5　Comparison of horizontal radial vibration speed time curve at 20 m

图 6　振速峰值随爆心距的衰减曲线 Fig. 6　Decay curve of vibration velocity peak with distance from explosive source

4　结论

结合许家坪隧道爆破工程实际，运用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件，对三种不同加载方式下的隧道开挖爆破进行了数值模拟，并用现场实测结果进行了对比分析。结果表明：

(1)方式1模拟结果与实测结果最为接近，但是需要划分的网格数量较多，计算的时间较长，所需的电脑内存也较多。

(2)由于在施加等效爆破荷载很大，为了防止单元出现负体积，需要把网格划分得较大，因此方式2、3的模拟结果比实测数据偏大，尤其是近区。方式2、3模拟结果在近区有差异，在远区接近，这和圣维南原理的结论一致。

(3)对方式2、3的振动数据乘以一个修正系数0.1后，3种方式模拟得到的振速峰值出现的时间较为一致，波形的变化规律也较为接近。在近区方式2、3模拟得到振速峰值比实测数据稍小，在中远区基本一致。与实测振速时程曲线进行对比发现，由于隧道围岩采用的是弹塑性本构模型，3种方式模拟结果的频率相对实测结果偏高，3种方式模拟得到的爆破振动周期基本一致。

从爆源向外依次取各节点上水平径向(X向)及竖直向(Y向)的振速峰值，可得到振速峰值随爆心距的衰减规律。三种加载方式和实测拟合的振速峰值随爆心距衰减曲线如图3所示。

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选择距离隧道掌子面20 m处实测振速时程曲线与方式1及方式2、3的振动数据乘以一个修正系数0.1后的数据在水平径向(X向)及竖直向(Y向)的振速时程曲线进行对比分析。

2015年10月25日，第一批检查员奔赴临床试验机构开展核查工作，打响了临床试验数据核查的第一枪，对全行业产生极大震动。截至目前已经派出100个检查组，807人，完成了对126家机构和品种的临床试验数据核查。研究核查处攻坚克难使数据核查取得了突破性进展，抓住核心要害，震慑了弄虚作假行为，使我国临床研究回归到科学、严谨、真实的正常轨道。

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文章的结构如下：第一部分以文献综述的形式叙述了故意无视与补偿行为的研究现状和所涉及的研究内容；第二部分从理论上对旅游者、旅行社和旅游相关部门的故意无视与默认补偿行为进行分析；第三部分通过调研数据说明旅游者的故意无视与默认补偿行为；第四部分为结论和建议；第五部分为讨论。

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从建筑、工业、旅行、时尚，到汽车、摩托车、食物、杯具，和我认识的许多设计师不同，吴滨的喜好目录真的可以说上三天三夜。而在众多喜好之中，吴滨和我一样都对英国车有着强烈的好感。

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