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研究生: 趙立財
Li-Cai Zhao
論文名稱: 砂岩隧道在掏槽爆破開挖下之注漿錨杆加固動態行為研究
Dynamic Behavior of The Sandstone Tunnel Reinforced by Grouting Bolt under The Cutting Blasting Excavation
指導教授: 陳希舜
Shi-Shuenn Chen
口試委員: 李順敏
Shun-Min Lee
黃燦輝
Tsan-Hwei Huang
李宏徹
Horng-Cheh Lee
王世溫
Shin-Wen Wang
陳堯中
Yao-Chung Chen
陳志南
Chee-Nan Chen
陳希舜
Shi-Shuenn Chen
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 456
中文關鍵詞: 隧道掏槽爆破破岩效率岩石損傷注漿錨杆裝炸藥結構動力反應岩栓優化設計
外文關鍵詞: Cutting Blasting, Rock-breaking efficiency, Damage of rock, Grouted rock-bolt, Cement slurry anchorage solid, Explosive charging structure, Response of dynamic, Optimization design of rock-bolt
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受到地質條件、工期以及施工環境等因素限制,隧道修建經常需要穿越存在高圍岩壓力的軟弱砂岩、破碎帶等低強度、弱自穩性的不良地層,高圍壓作用下軟岩隧道施工中所出現的災變防治問題仍未得到根本性解決。在掌子面掘進爆破荷載擾動作用下,因注漿錨杆設計不合理和加固效果不佳,錨杆錨固區域不可避免地會產生不同程度的位移突變特徵及錨杆錨固體失效脫落現象,進而會導致已完成初期支護區段圍岩出現“冒頂式”和“關門式”塌方災變事故發生。為了能夠保證已開挖區段圍岩穩定性的同時,提高掘進爆破效率,在隧道掘進減振爆破設計時必須考慮初始圍岩壓應力對破岩效果與岩石損傷程度的影響。由於炸藥起爆後爆轟波在圍岩中產生的瞬態動應力場及初始圍岩應力場的相互作用是比較複雜的,因此基於不同圍岩壓應力從多炮孔和單炮孔兩個角度來分析初始圍岩壓應力對爆破圍岩損傷、破岩效果以及應力分佈特徵,在考慮初始圍岩壓應力對多炮孔的影響因素條件下,探討掏槽炮孔減振設計方案與布孔方式,降低對隧道周圍環境的干擾及破壞,對圍岩壓應力較大的岩石隧道開挖爆破設計提供理論依據。因此,本論文進行了砂岩隧道注漿錨杆的漿液擴散規律、掘進掏槽爆破誘發錨杆錨固體和圍岩振動反應規律以及相應的掏槽爆破減振參數優化設計與分析:
首先,基於裂隙滲流立方定律、達西定律以及滲流連續性微分方程,給出了圍岩壓力和注漿壓力耦合擾動下錨杆漿液在圍岩中滲透擴散連續性偏微分方程。發現了該微分方程與COMSOL Multiphysics軟體中多孔介質流稀物質傳遞模組之偏微分方程極為相似,確定了數值計算的本構模型。同時,構建了流固耦合效應下馬蹄形和圓形隧道有限元模型,調用該本構方程,針對錨杆漿液在圍岩裂隙中隨著注漿時間、注漿壓力變化的加固圈形成全過程,以及圓形隧道的注漿錨杆參數優化等方面開展了研究。研究了不同隧道半徑、錨杆注漿壓力和注漿時間、錨杆間距和長度等因素對馬蹄形和圓形隧道中錨杆之錨固體、漿液柱、加固圈滲流擴散規律,獲得錨杆形成有效注漿加固圈之最佳注漿時機。基於數值分析結合數理統計之多元線性回歸擬合方法,得出錨杆長度、錨杆間距與注漿時間之間冪函數關係式,以及隧道半徑、錨杆間距與注漿時間之間指數函數關係式,依此確定錨杆最佳佈置間距,避免錨杆漿液擴散不均勻,造成漿液浪費現象發生。
其次,依據錨杆漿液擴散規律,以圓形隧道為例,基於荷載傳遞機制的錨固體軸應力微分方程和平面應變統一線性方程,推導了中空注漿錨杆錨固體單元等效軸力、位移、正應力、摩擦阻力、介面剪切應力、中性點位置與隧道半徑變化的解析式;結合隧道開挖與支護前、後圍岩塑性區邊界條件以及俞茂宏統一強度理論、平面應變統一線性方程,推導了有、無注漿錨杆加固工況下圍岩彈塑性區的徑向與切向應力及應變、塑性區半徑、側壁徑向位移和變形量、初期支護反力、單根錨固體反力與徑向位移、加固圈徑向與切向應力、圍岩與初期支護接觸面應力及位移、初期支護應力與位移、以及支護前後圍岩應力釋放係數的解析解。研究了圍岩穩定性的影響因素與支護結構、塑性區範圍、預緊力錨杆佈置參數、隧道開挖半徑、錨固體之間的對應關係及其影響規律。基於黏彈塑性流變以及圍岩與錨固體協調變形理論,推導出圍岩應力釋放效應下錨注區黏彈-黏塑性狀態之徑向與切向應變、應力以及徑向位移,錨注區彈塑性狀態之錨固體徑向體積力與支護反力、初期支護反力、加固圈的徑向與切向應力、塑性區半徑、改良後等效黏聚力以及錨固體介面剪切應力與軸向應力的解析式。
再次,基於彈性力學平面應變統一線性方程、爆炸衝擊波以及岩石損傷演化理論,給出了爆炸衝擊荷載作用下岩石壓碎和裂隙區域破壞以及損傷程度的判定依據。以燕都隧道為研究背景,考慮流固耦合效應,採用LS-DYNA軟體建立了單炮孔、多炮孔掏槽區域以及隧道洞身區段三維有限元模型,根據隧道上方地面採集的爆破監測數據以及三維模型掏槽爆破動力學試驗裝置,分別對洞身區段(1:1尺寸的模型)和單炮孔掏槽區域有限元模型進行有效性驗證。最後,基於1:1尺寸的模型與區域數值模型及ALE流固耦合演算法,採用同心柱狀炮孔徑向、軸向空氣不耦合裝藥(第1種裝藥),依次對砂岩隧道掘進掏槽爆破衝擊荷載作用下的掌子面破岩規律及錨固體動力反應特性、側壓力係數對岩石損傷度及損傷破壞影響規律進行了仿真模擬,並依此提出錨杆錨固體的補強方案,為高圍岩壓應力的岩石隧道掘進爆破參數優化和注漿錨杆結構設計提供參考。
最後,基於校正後的數值模型與計算方法,考慮三向圍岩壓力作用效應,以燕都隧道洞身區段下穿公路爆破開挖為例,建立了掏槽區域和洞身區段1:1尺寸的三維有限元模型,依次進行了炮孔內裝藥結構起爆作用機制及破岩效果、裝藥結構起爆對隧道錨杆錨固體動力反應的影響、圍岩壓力影響下隧道掏槽爆破減振設計與效果評價、掏槽爆破及車輛荷載耦合作用下路面振動反應及減振效應等方面研究。基於設計的6種裝藥結構形式,分析其裝藥結構起爆後孔壁壓應力分佈規律以及徑向和軸向破岩效果。基於爆炸力學柱面波傳播理論,推導出炮孔內徑向、軸向耦合與不耦合之空氣、水介質裝藥的爆炸力學特性解析解。基於彈性力學半逆解法和空孔作用機制,提出了裝藥炮孔與超前空孔邊界應力簡化模型和斜眼炮孔佈置優化原則,給出了改進後的炸藥起爆後空孔孔壁切向應力極值的解析式。結合上述解析理論和仿真結果,提出了合成樹脂炮泥徑向、軸向耦合裝藥結構,找出了對錨固體損傷破壞最小、掘進破岩與減振效果最佳的爆破設計方案。


Restricted by various geological conditions, construction period and tunnel construction environment, tunnel construction often needs to pass through weak sandstone with high surrounding rock pressure, broken zones and other unfavorable formations with low strength and weak self-stability. Under such circumstance, the problems of disaster prevention and control in tunnel construction of soft rock tunnel under high confining pressure have not been fundamentally resolved. Under the blasting load disturbance of excavation on the face, due to the unreasonable design of the grouting rock bolt and the poor reinforcement effect, the anchorage area of the grouting rock bolt will inevitably have different degrees of displacement mutation characteristics and the failure occurred at anchor body. The failure and shedding of rod anchors will lead to the catastrophe accident of "roof-fall" and "closed-door" collapse in the surrounding rock of the completed Initial support structure section. In order to ensure the stability of surrounding rock in excavated section and improve the efficiency of excavation blasting, the influence of initial surrounding rock stress on rock breaking effect and rock damage must be considered in the design of reduce vibration blasting in tunnel excavation. Because the interaction between the transient dynamic stress field generated by the detonation wave in the surrounding rock after the initiation of the explosive and the initial stress field of the surrounding rock is relatively complex, it is necessary to analyze the damage, rock breaking effect and stress distribution characteristics of the initial surrounding rock stress to the blasting surrounding rock from the perspectives of multiple blastholes and single blastholes based on different surrounding rock stresses, This paper discusses the vibration reduction design scheme and hole arrangement method of cut blast holes to reduce the interference and damage to the surrounding environment of the tunnel, so as to provide a theoretical basis for the blasting design of rock tunnel excavation with large surrounding rock stress. Therefore, in this paper, the slurry diffusion law of grouting rock bolt in sandstone tunnel, the vibration response law of rock bolt anchor solid and surrounding rock induced by excavation and cutting blasting, and the optimization analysis of reduce vibration blasting parameters of cutting blasting are carried out.
Firstly, Based on the cubic law of fissure seepage, Darcy's law and differential equation of seepage continuity, the partial differential equation of the continuity of the penetration and diffusion of the rock bolt grout in the surrounding rock under the coupling disturbance of the surrounding rock pressure and grouting pressure is given. It was found that the differential equation was very similar to the partial differential equation of FICK diffusion law of porous media flow module in COMSOL Multiphysics software, and the constitutive model for numerical calculation was determined. Meanwhile, a two-dimensional finite element model of horseshoe-shaped and circular tunnel under fluid-solid coupling is constructed, analyze the whole process of the formation of grout reinforcement ring in the surrounding rock fissuring with the change of grouting time and pressure by the constitutive equation determined in the software, and the optimization of grouting rock bolt parameters for circular tunnel. The seepage diffusion law of rock bolt anchor solid, the grout column and the reinforcement ring of rock bolt in the horseshoe shaped and circular tunnel under different tunnel radius, grouting pressure and grouting time of rock bolt, spacing and length of rock bolt and other factors is studied, and the reasonable opportunity to complete the grouting for rock bolt support to form an effective grouting reinforcement ring is obtained. Based on the method of mathematical statistics of multiple linear regression and numerical analysis, the power function relationship between the rock bolt length, rock bolt spacing and grouting time is obtained as well as the exponential function relationship between tunnel radius, rock bolt spacing and grouting time. Based on this, the optimal arrangement spacing of grouting rock bolt be determined to avoid uneven diffusion of rock bolt grout and waste of grout.
Secondly, according to the diffusion law of rock bolt grout, taking a circular tunnel as an example, based on the differential equation of axial stress of the anchor body and the unified equation of stress plane strain of the load transfer mechanism, the analytical expressions of the equivalent axial force, displacement, normal stress, friction resistance, interface shear stress, neutral point position and the change of tunnel radius of the hollow rock bolt anchor solid element are derived; Combined with the boundary conditions of the surrounding rock plastic zone before and after the tunnel excavation and support, and based on the Yu Maohong unified strength theory and the plane strain unified equation, the radial and tangential stresses and strains, the radius of the plastic zone, the lateral wall radial displacement, the initial support reaction force are derived. The analytical solutions of the reaction force and radial displacement of a single anchor, the radial and tangential stress of the reinforcement ring, the stress and displacement of the contact surface between the surrounding rock and the initial support, the stress and displacement of the initial support, and the stress release coefficient of the surrounding rock before and after the support were obtained. The corresponding relationship between the influencing factors of the stability of the surrounding rock and the support structure, the scope of the plastic zone, the layout parameters of the pre-tensioned rock bolt, the excavation radius of the tunnel, and the anchor body as well as the influencing laws were analyzed. Based on the viscoelastic plastic rheology and the theory of coordinated deformation of surrounding rock and rock bolt anchor solid, under the the stress release effect of surrounding rock, the radial and tangential strain, stress and radial displacement are derived in viscoelastic viscoplastic state of rock bolt anchor grouting area; the analytical formulas of the rock bolt anchor solid radial volume force and rock bolt anchor solid support reaction force, the initial support reaction force, radial and tangential stress and displacement of reinforcement ring, radius of plastic zone, equivalent cohesion, shear stress and axial stress of the interface between anchor solid are derived in the elastic-plastic state of rock bolt anchor grouting area.
Thirdly, based on the elastic plane strain, explosion shock wave and rock damage evolution theory, the judgment basis of rock crushing, fracture area damage and damage degree under explosion shock load is given. Taking Yandu Tunnel as the research background, considering the fluid structure coupling effect, the LS-DYNA software was used to establish the three-dimensional finite element models of single blast hole, multi blast hole cutting area and tunnel body section (full scale) were established. According to the blasting monitoring data collected on the ground above the tunnel and the three-dimensional model cutting blasting dynamic test device, the validity of the finite element models of tunnel body section (1:1 size model) and single blast hole cutting area were verified respectively. Finally, based on the 1:1 size model and regional numerical model and ALE fluid-structure coupling algorithm, the rock breaking law of the tunnel face under the impact load of the excavation cut blasting of the sandstone tunnel, the dynamic response characteristics of the anchor body, and the influence of the lateral pressure coefficient on the rock damage degree and damage damage law were simulated and studied successively by using the concentric column shaped hole diameter axial air decoupling charge (the first type), Based on this, the reinforcement scheme of rock bolt anchor solid is proposed, which provides reference for the optimization of blasting parameters and the design of grouting rock bolt structure in rock tunnel excavation with high surrounding rock pressure.
Finally, based on the corrected numerical calculation method, taking the blasting excavation of Yandu tunnel tunnel section under the road as an example, the three-dimensional finite element models of the cut area and tunnel section (1:1 size model) are established by considering the effect of three-dimensional surrounding rock pressure, and the blasting mechanism of the charge structure in the blast hole and the rock breaking effect, the impact of the charge structure blasting on the dynamic response of the tunnel rock bolt solid are carried out in turn. Research on vibration reduction design and effect evaluation of cut blasting in tunnel excavation under surrounding rock pressure, vibration response and vibration reduction effect of pavement under the coupling of cut blasting and vehicle load. The rock breaking effect and the distribution law of blasthole wall compressive stress were investigated for the six forms of designed charge structure. After then, the analytical solutions of explosion mechanical properties of air and water medium charge with radial coupling and uncoupling, axial coupling and uncoupling in the borehole were derived subsequently based on the cylindrical wave propagation theory of explosion mechanics. Which was followed by a simplified model of boundary stress between charge hole and advanced empty hole and the optimization principle of inclined hole layout. The semi-inverse solution of elastic mechanics and the mechanism of empty hole action were obtained consequently. The analytical formula of the tangential stress extreme value of the empty hole wall was given after the improved explosive initiation. On the basis of above analytical theory and simulation results, the radial and axial coupling charging structure of synthetic resin mortar was proposed, following with the investigations of blasting design scheme with the least damage to the rock bolt anchor solid, the best rock breaking and vibration reduction effect.

論文摘要 I ABSTRACT IV 誌 謝 X 目 錄 XI 表 目 錄 XVIII 圖 目 錄 XX 第一章 緒 論 1 1.1 研究背景與目的 1 1.2 文獻回顧 3 1.2.1 注漿錨杆支護技術與理論 3 1.2.1.1 注漿技術的發展歷程 3 1.2.1.2 漿液擴散理論 4 1.2.1.3 隧道注漿錨杆支護研究現狀 7 1.2.1.4 考慮錨固體系協同受力的隧道穩定性研究 12 1.2.2 隧道爆破開挖研究現狀 14 1.2.2.1 爆炸破岩基本理論 14 1.2.2.2 爆破振動傳播規律及其對圍岩支護體系影響 18 1.2.2.3 爆破誘發的隧道圍岩損傷 22 1.2.2.4 初始圍岩壓應力對爆破荷載作用機制 25 1.2.2.5 爆破參數優化原則 26 1.3 研究方法與內容 29 第二章 注漿錨杆在砂岩隧道漿液擴散規律研究 34 2.1 引 言 34 2.2 漿液擴散理論 35 2.2.1 單管道內液流 35 2.2.2 球形滲透擴散理論 37 2.2.3 柱形滲透擴散理論 38 2.2.4 圍岩裂隙中漿液滲流擴散連續性微分方程理論 39 2.3 錨杆注漿數值模擬 44 2.3.1 數值模擬之本構方程運用 44 2.3.2 模型基本假設及力學參數選取 45 2.3.3 模型建立、網格劃分及邊界條件 46 2.4 基於馬蹄形斷面隧道的錨杆漿液擴散規律 48 2.4.1 砂岩地層漿液擴散基本規律 49 2.4.2 注漿壓力對砂岩地層漿液擴散的影響 54 2.4.3 錨杆長度對砂岩地層漿液擴散的影響 60 2.5 基於圓形斷面隧道的注漿錨杆參數優化研究 69 2.5.1 錨杆長度、間距與隧道半徑影響下砂岩地層漿液擴散規律 71 2.5.1.1 不同隧道半徑與錨杆間距影響下漿液擴散規律 71 2.5.1.2 錨杆間距與注漿完成時間關係的解析式 86 2.5.2 隧道半徑、錨杆長度、錨杆間距與注漿完成時間相關性解析 91 2.6 本章小結 94 第三章 隧道開挖後中空注漿錨杆加固的理論解析 98 3.1 引 言 98 3.2 注漿錨杆作用機制與受力特徵 100 3.2.1 注漿錨杆錨固體受力特性推導 100 3.2.1.1 基於彈性力學截面平衡理論的錨固體受力特性 101 3.2.1.2 基於中性點理論的預緊力錨杆錨固體受力特性 106 3.2.2 預緊力錨杆錨固體軸應力與剪切應力算例分析 108 3.3 考慮應力釋放的圓形隧道錨注區圍岩彈塑性和黏彈塑性解析 111 3.3.1 力學模型與基本假設 111 3.3.2 基於彈塑性理論錨注區圍岩與支護結構應力和位移解析 114 3.3.2.1 無錨杆加固時圍岩與支護結構應力、位移解析 114 3.3.2.1.1 無初期支護時圍岩彈塑性區應力和位移解析 115 3.3.2.1.2 有初期支護時圍岩塑性區應力和位移解析 121 3.3.2.1.3 初期支護與圍岩塑性區接觸面應力和位移解析 125 3.3.2.2 無錨杆加固時圍岩應力釋放係數與支護結構反力解析 128 3.3.2.3 預緊力注漿錨杆合理佈置與加固圈應力解析 133 3.3.2.3.1 注漿錨杆加固圈應力和支護結構反力解析 134 3.3.2.3.2 預緊力注漿錨杆位移、反力及參數佈置解析 136 3.3.3 基於黏彈塑性理論錨注區圍岩與支護結構應力和位移解析 138 3.3.3.1 無初期支護錨固區圍岩黏彈性狀態下應力和位移解析 141 3.3.3.2 無初期支護錨固區圍岩黏塑性狀態下應力和位移解析 143 3.3.3.3 有初期支護錨固區圍岩黏塑性狀態下應力和位移解析 146 3.3.4 基於彈塑性體積力的預緊力錨杆與加固區應力和位移解析 150 3.3.4.1 體積力計算模型建立和基本假設 150 3.3.4.2 注漿錨杆錨固體體積力分佈規律解析 152 3.3.4.2.1 錨固體作用於圍岩的體積力解析 152 3.3.4.2.2 錨固體作用於錨杆杆體的體積力解析 154 3.3.4.3 基於圍岩與錨固體協調變形理論之介面剪力和體積力解析 157 3.3.4.4 加固圈圍岩與錨固體應力、位移、初期支護反力解析 161 3.3.4.5 預緊力錨杆錨固體加固圈圍岩抗剪強度參數解析 167 3.4 基於有限元數值模擬的解析解驗證 173 3.4.1 有限元模型基本資訊 173 3.4.2 解析解驗證 179 3.5 基於解析理論的錨固體及圍岩強度參數對圍岩穩定性影響 183 3.5.1 錨固體長度、直徑和黏聚力對圍岩變形與支護反力的影響 183 3.5.2 初期支護施作時機對圍岩變形與支護反力的影響 186 3.5.3 錨固體長度與黏聚力對圍岩內部應力的影響 188 3.5.4 錨固體軸向應力與圍岩介面剪切應力的影響因素分析 191 3.6 本章小節 200 第四章 掘進掏槽爆破誘發錨杆錨固體及圍岩振動反應規律 206 4.1 引 言 206 4.2 動力有限元理論及掘進掏槽炮孔試炸數值模型驗證 207 4.2.1 LS-DYNA軟體基本理論 207 4.2.2 LS-DYNA軟體動力學計算方法 208 4.2.3 ALE流固耦合演算法基本原理及控制方程 210 4.2.3.1 ALE流固耦合基本原理 210 4.2.3.2 ALE演算法理論控制方程及模擬流程 211 4.2.4 數值模型建立及物理力學參數 214 4.2.4.1 掘進掏槽爆破設計 214 4.2.4.2 模型基本資訊 216 4.2.4.3 邊界條件 221 4.2.4.4 數值模型材料及力學參數 222 4.2.4.5 流固耦合演算法設置及求解分析 230 4.2.5 隧道掏槽炮孔試炸監測數據分析與數值模型驗證 231 4.2.5.1 工程概況 231 4.2.5.2 隧道爆破監測點佈置 233 4.2.5.3 振動監測儀器選擇 235 4.2.5.4 現場監測數據分析 236 4.2.5.5 基於隧道上方路面監測數據的有限元模型驗證 241 4.3 砂岩隧道掘進掏槽爆破掌子面破岩規律 249 4.3.1 圍岩壓力影響下岩石爆破斷裂機制與破壞準則 249 4.3.1.1 隧道掏槽爆破分區特性 250 4.3.1.2 岩石之破壞準則 251 4.3.1.3 炮孔徑向耦合與不耦合裝藥下孔壁壓碎區半徑計算 255 4.3.1.4 炮孔徑向耦合與不耦合裝藥下孔壁裂隙區半徑計算 256 4.3.2 掌子面掘進方向破岩規律分析 257 4.4 掘進掏槽爆破載荷作用下錨杆錨固體動力反應特性 262 4.4.1 錨杆錨固體監測點佈置 263 4.4.2 隧道錨杆錨固體之振速變化規律 263 4.4.3 隧道錨杆錨固體之振速峰值變化規律 268 4.4.4 隧道錨杆錨固體之應力變化規律 273 4.4.5 隧道錨杆錨固體之峰值應力變化規律 277 4.5 側壓力係數對掘進掏槽爆破圍岩損傷效果影響 283 4.5.1 基於動態損傷變數的岩石爆破影響程度判據 283 4.5.1.1 動態損傷變數估算 283 4.5.1.2 爆破影響程度判據 285 4.5.2 雙向圍壓的不同側壓力係數對單炮孔起爆岩石損傷影響 286 4.5.2.1 單炮孔數值模型建立 286 4.5.2.2 圍岩壓應力加載方案 288 4.5.2.3 試驗分析與有限元模型驗證 289 4.5.2.4 雙向等壓對岩石損傷效果的影響分析 295 4.5.2.5 側壓力係數對應力分佈規律的影響分析 298 4.5.2.6 側壓力係數對岩石損傷效果的影響分析 303 4.5.2.7 側壓力係數對峰值應力的影響分析 306 4.5.3 三向圍壓的不同側壓力係數對多炮孔起爆岩石損傷影響 308 4.5.3.1 多炮孔數值模型建立 308 4.5.3.2 側壓力係數對炮孔軸向和掘進方向岩石損傷範圍影響 311 4.5.3.3 側壓力係數對炮孔徑向峰值應力的影響 313 4.5.3.4 側壓力係數對孔壁水平和豎直方向岩石損傷範圍影響 315 4.6 本章小結 318 第五章 考慮破岩效果及錨杆錨固體減振效應的爆破參數優化 322 5.1 引 言 322 5.2 炮孔內裝藥結構起爆作用機制及破岩效果研究 323 5.2.1 水介質不耦合裝藥結構爆破的基本力學原理 323 5.2.2 同心或偏心炮孔內耦合與不耦合裝藥的爆炸力學特性解析 324 5.2.2.1 同心徑向、軸向耦合裝藥解析 325 5.2.2.2 同心或偏心徑向、軸向空氣不耦合裝藥解析 326 5.2.2.3 同心或偏心徑向、軸向水介質不耦合裝藥解析 330 5.2.3 炮泥堵塞材料影響爆破效果的作用原理 335 5.2.4 裝藥結構設計原則與技術要求 337 5.2.4.1 設計原則 337 5.2.4.2 裝藥結構設計與技術要求 337 5.2.5 基於單個炮孔不同裝藥結構優化與破岩效果研究 341 5.2.5.1 幾何模型與工況設置 341 5.2.5.2 有限元模型建立 345 5.2.5.3 不同裝藥結構的孔壁壓應力分佈規律 348 5.2.5.3.1 孔壁不同時刻的壓應力強度分佈 348 5.2.5.3.2 孔壁軸向不同位置的峰值應力變化規律 353 5.2.5.4 不同裝藥結構的破岩效果分析 358 5.3 裝藥結構起爆對隧道錨杆錨固體動力反應的影響 362 5.3.1 錨杆錨固體之振動速度反應規律 362 5.3.2 錨杆錨固體之應力反應規律 366 5.4 圍岩壓應力作用下砂岩隧道掘進掏槽爆破減振設計與效果評價 370 5.4.1 掏槽區域增設超前空孔減振爆破設計及效果評價 370 5.4.1.1 超前空孔直眼掏槽作用機制與孔間距理論 372 5.4.1.2 爆生氣體在裝藥炮孔裂隙中作用機制 376 5.4.1.3 超前空孔直眼掏槽作用理論的改進與完善 377 5.4.1.4 超前空孔減振爆破方案設計 379 5.4.1.5 有限元模型建立 380 5.4.1.6 掏槽區域增設超前空孔減振效果評價 383 5.4.1.6.1 隧道縱向之錨固體減振影響規律 383 5.4.1.6.2 隧道徑向之錨固體減振影響規律 387 5.4.2 掏槽區斜眼炮孔微差減振爆破設計及效果評價 391 5.4.2.1 掏槽爆破斜眼炮孔佈置優化原則 392 5.4.2.2 有限元模型建立 393 5.4.2.3 增設超前空孔與斜眼炮孔起爆減振效果評價 398 5.4.2.3.1 隧道縱向之錨固體減振影響規律 398 5.4.2.3.2 隧道徑向之錨固體減振影響規律 401 5.4.2.4 超前空孔直眼與超前空孔斜眼起爆減振效果對比分析 406 5.5 爆破及車輛荷載耦合作用下路面動力反應及減振效應研究 411 5.5.1 有限元模型建立 412 5.5.2 模型材料參數設置 414 5.5.3 流固耦合及邊界條件設置 415 5.5.4 車輛荷載設置 416 5.5.5 公路路面動力反應分析 416 5.5.5.1 動應力反應規律 416 5.5.5.2 振動速度反應規律 419 5.5.5.3 位移反應規律 421 5.5.6 公路路面減振效應分析 422 5.5.6.1 水平減振炮孔部位減振率變化分析 422 5.5.6.2 公路路面減振率變化分析 423 5.5.6.3 公路路面減振前後動應力變化分析 426 5.6 本章小結 427 第六章 結論與建議 434 6.1 結 論 434 6.2 建 議 439 參考文獻 440

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無法下載圖示 全文公開日期 2026/02/12 (校內網路)
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