[發明專利]基坑爆破對周圍建筑結構動力響應三維數值模擬分析方法

在審

• 申請號: 201810108336.8
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108280308A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 王曉瓊;陳建福;徐樹軍;周昆;楊民強;徐磊;陳興飛;曹冠奇
• 申請（專利權）人: 王曉瓊
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明屬于地質爆破技術領域，公開了一種基坑爆破對周圍建筑結構動力響應三維數值模擬分析方法，采用有限元軟件ABAQUS進行三維建模，首先對結構體系進行模態分析，分析自振特性并給出結構的自振頻率和前6階陣型；然后對地鐵深基坑爆破開挖過程中周圍建筑結構的動力響應進行三維數值模擬，分析爆破沖擊荷載作用下結構體系的振動速度的變化規律，并給出結構體系的位移云圖和框架結構的應力分布。本發明為今后復雜地層條件下超深基坑爆破工程研究提供指導意義。

技術領域

本發明屬于地質爆破技術領域，尤其涉及一種基坑爆破對周圍建筑結構動力響應三維數值模擬分析方法。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：

目前進行基坑爆破開挖時，不管是在炸藥量的選取還是爆孔位置或大小的選擇，大多數都是依靠經驗方法進行確定，常采取的爆破開挖方式如下：

步驟一，因基坑尺寸及其周邊環境的情況，沿基坑長軸方向自由空間較大，爆破臨空面宜沿基坑長軸橫向布置，可有效遏制沿基坑寬度方向的飛石；

步驟二，基坑中部采用一級臺階深孔爆破，接近基坑圍護結構一方面采用淺孔爆破，另一方面設置一定數量的減振孔，以確保爆破振動對基坑圍護結構不產生危害；

步驟三，為避免爆破振動太大，采用毫秒延期電雷管，深孔預留空氣柱，反向一次起爆，分段爆響的起爆技術；

步驟四，沿基坑長軸邊設置飛石防護網，爆孔采用砂袋防護，大塊巖石二次破碎采用機械破碎法。

城市地鐵車站基坑往往都是在城市居民樓、商城、寫字樓或者高層建筑附近，確定的時候，特別是爆破開挖時不僅需要保證基坑本身的穩定，同時，還必須以保障附近建(構)筑物的結構安全，不能對周邊居民的日常生活造成過多的影響。確定中要保證不破壞城市路面下有早己埋設的各種管道線路，所以城市深基坑的確定需要非常扎實的技術、全面周到的設計，再結合穩扎穩打的確定才能夠順利完成。

爆破工藝的出現，為工程帶來了更高的效率，在爆破工程帶來很多方便的同時，也伴隨著無法抹滅的爆破安全問題。它往往是爆破工程、彈塑性力學、巖石力學等多個學科研究范疇的核心問題。這些常見的爆破問題大致如下：①高邊坡在爆破荷載振動作用下發生大型滑坡破壞；②近距離相鄰爆破引起周邊巖柱或支護結構的失穩及井巷的破壞；③在爆破震動作用下誘發采空區附近的地下硐室及礦山發生破壞；④炸藥爆破在隧道地下工程誘發巖爆的發生；⑤新建工程爆破對既有鄰近工程造成損傷破壞?？v觀爆破發展歷程，在爆破技術越來越完善的同時，爆破安全方面存在的漏洞也是亟待解決的問題關鍵。

在地質條件較為堅硬的地層中進行基坑開挖，爆破法無疑是所有基坑開挖方法中最為經濟有效的，但基坑在爆破開挖過程中難免會引起爆破振動，影響周圍建筑結構的安全，很多基坑的位置距離既有建筑結構非常近，甚至是幾米之隔，導致基坑爆破開挖過程中引起的振動越發明顯，從而加大了確定難度，稍有不慎將會導致非常嚴重的后果。因此有必要對基坑爆破開挖時周圍建筑結構的動力響應進行研究，探究在深基坑爆破開挖確定過程中，如何減小基坑周圍建筑結構的動力擾動的控制措施，從而達到主動控制爆破振動過程的目的。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)現有的爆破法在爆破開挖過程中難免會引起爆破振動，影響周圍建筑結構的安全，稍有不慎將會導致非常嚴重的后果；現有技術沒有如何減小基坑周圍建筑結構的動力擾動的控制措施提供依據；

(2)現有的爆破法有關參數的設定很大程度上依賴于以往工程經驗，無法預知現場爆破后土體和基坑上部建筑結構的動力響應，從而無法對確定參數進行很好的優化；

(3)現有數值計算方法能夠很好的對實際確定過程進行模擬計算，基坑爆破為一瞬時動態過程，現有的模擬方法在土體邊界效應模擬和阻尼設置等方面存在很多問題。