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(1.重庆爆破工程建设有限公司,重庆,400020;

2. 山东大学土木工程与水利学院, 山东济南, 250061;

LOL押注正规APP3. 中建八局中国工程爆破，上海，200120)

摘要：介绍了市区相邻地下管线爆破作业方法。在分析爆炸荷载特性的基础上，给出了地下管线爆破外荷载的计算方法，建立了地下管线的弹性动力学模型，管线变形分析结果为给定的。爆破还通过LS-DYNA模拟了地下管道在振动载荷作用下的变形响应，得到了爆炸载荷对地下管道变形破坏的影响规律：管道的破坏不不仅与爆炸载荷的大小有关，还与爆炸载荷引起的管道振动有关，

关键词：地下管线；爆炸载荷；振动; 数值模拟

LOL押注正规APP1 简介

随着地铁的建设，城市爆破工程往往靠近地下管线，增加了更大的安全隐患。但与之密切相关的研究成果较少，缺乏防范此类隐患的法规和标准中国工程爆破，给爆破作业带来了诸多困难。在工程中，细长圆管在冲击载荷作用下变形破坏的研究成果，以及爆破振动危害的评价方法，常被用于精细爆破施工。管道在冲击下的变形和损坏：张善元等。[1]分析了受压圆管在冲击作用下的大变形和损伤，得到了临界冲击穿透能的影响趋势；穆建春等。对钝锥形弹头撞击薄壁金属管的断裂行为进行了实验研究，给出了弹头在不同撞击角度下的临界断裂速度。介绍了圆管在冲击载荷作用下的动态渐进屈曲特性。这些研究分析了圆管上某一冲击点的抗弯刚度和强度，冲击点的力学模型与岩土中的冲击波对地下管道的影响仍有很大差异。

可以参考的工作也有很多关于附近爆炸源的载荷特性的研究，RL Yang 等人[4] 对近区爆炸载荷信号进行了大量的测量工作，分析了爆炸源附近的爆炸载荷特征；Duvall[5]给出了爆破脉冲应力的计算形式；孙卫国[6]、王忠奇[7]分别给出了爆炸载荷的数值模拟形式。这些研究有助于进一步分析爆破对相邻管道的危害特征。

LOL押注正规APP在上述研究成果的基础上，本文建立了爆炸载荷附近的管道受力分析模型，分析了爆炸载荷附近管道的变形形式。通过数值模拟研究了岩土中爆炸载荷作用下相邻管道的变形和破坏情况，指出了主振动频率、管道长度和激振载荷幅值对地下管道变形和破坏的影响规律。 .

2、管道应力分析模型

2.1 作用在管道上的载荷形式

LOL押注正规APP根据爆破理论，爆破源载荷在耦合装药时具有以下形式[8]：

式中，ρO为炸药的密度，kg/m3；D——炸药的爆速，m/s；k为爆轰产物的等熵指数，k=3；ρ——岩石密度，kg/m3；Cp 为岩石密度中纵波速度，m/s。此公式计算的载荷为10GPa，任何金属管道在此载荷下都会损坏，但这对应于管道内放置炸药的情况。

爆炸载荷在破碎区迅速衰减，破碎区边界上的载荷为：

式中，rb为炮孔半径；a 为冲击波区载荷传播衰减系数；Rc为破碎区半径，一般小于炮孔半径的5倍。通常，地下管道距离爆炸源不是很近，但需要分析破碎区边界的爆炸载荷对金属管道造成的破坏。

破碎区外的冲击波衰减为应力波，管道上的载荷满足狄利克雷收敛条件，可展开为傅里叶级数形式：

式中，σˊ=ρcv为管道上某点的最大外加载荷，c为岩土介质中的纵波速度中国工程爆破，v为颗粒的振幅；t 是时间；n 是三角级数的阶数；Dn为各阶频率应力波的权重系数；ωn 是应力波的圆周频率。取公式中的前5种振动模式(3)更能反映爆破振动的特性。相邻的地下管线一般都位于该区域，需要分析爆炸载荷对管线的破坏情况在这种情况下。

2.2 管道受力变形分析

由于金属管本身质量大，在岩石和土壤中的约束较多，可以假设在爆炸载荷作用下，颗粒位移很小，认为颗粒在管体上的运动管道出现在同一平面上，并且管道的轴线垂直。

根据弦振动理论[9]，可建立管道在爆炸载荷作用下的受迫振动方程：

式中 u 为 t 时刻质点的位移；x 表示管道上某点的位置；c 是管道的纵波速度；f(x, t)=σ(x, t)/ρ；设置管道的跨度l，边界条件为：u(0, t)=u(l, t)=0；初始条件是：u(x, 0)=0.

式(4)的解可以通过分离变量解和振型叠加得到：

解决：

,

,

,

.

解表明管道的变形与爆炸荷载的激发形式有关，也与地下管道的长度和初始条件有关，其中固有频率为

的整数倍。如果管道长度为20m，励磁频率为100Hz，解的形式如图1所示。

3 数值模拟

3.1 数值计算模型

为明确爆炸载荷作用下相邻管道的变形破坏情况，采用LS-DYNA进行数值模拟。该程序使用显式有限元分析来求解运动方程的时间中心差。爆炸模型使用 JWL 状态方程来描述轰击产物的压力和比容之间的关系。爆炸参数见表1。

式中A、B、R1、R2、ω为材料常数；P是炸药产生的压力；V是相对体积；E0 是初始比内能。

炸药爆炸时，来袭区域的岩体屈服破碎，靠近爆炸源的区域受到压力的挤压和破坏。采用米塞斯准则，断裂区岩体采用拉伸破坏准则，即

岩石材料参数见表 2。

地下管线的几何尺寸为：外径Ф1=20m，内径Ф2=18cm；力学参数为：弹性模量207GPa，泊松比0.27，密度7800kg/m3。

爆炸源模型和管道模型分别如图2和图3所示。爆炸载荷计算云图如图4所示。

3.2 数值模拟结果

当比例距离

当 时，爆炸载荷接近破碎区边界上的载荷。数值模拟结果如图5所示，可以看出管道已经发生较大变形，部分变形无法恢复，造成管道整体振动较大。随着管道来回振动，其应力分布不断变化，最大值已达到00MPa，接近一般钢材的破坏强度。

什么时候

时，作用在公道上的爆炸载荷约为350MPa。数值模拟结果如图6所示，变形幅度明显减小，同时也存在不可恢复的变形。管道内的最大应力也降低了，基本不会引起管道的振动。面对爆炸源的位置变形明显，其他部位变形不大。

什么时候

，作用在管道上的爆炸载荷约为250MPa，数值模拟结果如图7所示。管道变形较小，均为可恢复变形，无振动现象。继续加大比例距离中国工程爆破，管子的变形越来越小，不会对管子造成伤害。

4。结论

本文对爆炸载荷作用下地下管道的受力模型进行了分析和数值试验中国工程爆破，得出以下结论：

对于靠近爆炸源的管道，当比例距离为5时，管道会被爆炸载荷损坏；当比例距离为 10 时，管道局部可能发生塑性变形。建议此距离内有地下管线时，应加强管线的保护。措施。当比例距离大于20时，爆破作业安全，不会对地下管线造成破坏。当管道位于比例距离10~20之间时，需要小心爆破。

爆炸载荷可能引起爆炸源附近地下管道的振动，振动形式与管道的长度、固有频率和激振载荷的大小有关。

参考

[1] 张善元，卢国云，等。圆管大变形破坏及内压介质管道冲击[J]. 力学与进步, 2004, 34 (1): 23~3l.

[2] 穆建春，张铁光．钝锥形弹正斜向冲击下薄壁金属管破裂试验研究[J]. 固体力学学报, 2000, 2l(1): 49~56.

[3] 姜金辉，王自力．冲压薄壁圆管动态渐进屈曲非线性有限元分析[J]. 华东船舶工业研究所学报(自然科学版, 2002, 16(4): 5~8.

[4] RL Yang、P Rocque、P Katsabanis 等。近场爆炸振动及损伤的测量与分析[J]. 岩土与地质工程, 1994, 12, 169～182.

[5] 威斯康星州杜瓦尔。爆炸附近岩石中的应变波形态[J]. 地球物理学, 1953, 18 (2): 310-323.

[6] 孙卫国. 岩土爆破中震源与地震波传播研究[D]. 北京：北京理工大学，1998。

[7] 王忠琦，张琦。孔深对爆炸应力波特性影响的数值分析[J]. 中国岩石力学与工程学报，2002，vo1.2。4号。

[8] Henrich J. 爆炸动力学及其应用[M]. 熊建国译. 北京：科学出版社，1987，504~508。

LOL押注正规APP[9] 杨贵彤，张善元．弹性动力学[M]．北京：中国铁道出版社，1988。