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

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

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。