爆破荷载作用下埋地管道动力响应与破坏机理研究

The dynamic response and its failure mechanism of buried pipeline subjected to blast loads is problem urgently needed to be solved in disaster prevention and reduction in engineering construction. This project will be carried out to study the dynamic response and its failure mechanism of buried pipeline and other basic problems by combining field experiment, laboratory simulation, numerical calculation and theoretical analysis together. First, the blasting vibration physical model is established systematically through macro-micro experiment for the characteristics of blasting load and the influence on adjacent buried pipeline. The theoretical computation expression is derived for buried pipeline bearing blast load with the analysis of blasting vibration on the propagation and attenuation law in geotechnical engineering. Then the law of buried pipeline’s deformation and damage caused by blasting is studied by using optical fiber sensing technology and sonic wave probe method combined with buried pipeline strain and displacement monitoring. The nonlinear pipeline-soil contact calculation model is built to study the dynamical response under different blasting condition with the combination of testing comparison and numerical simulation. Finally, the initiatory blasting vibration control safety standard is established revealing the buried piping evolution mechanism of the progressive failure process, providing scientific evidence for controlling the harm for buried pipeline by blasting seismic-waves.

爆破荷载作用下埋地管道动力响应与破坏机理是防灾减灾和工程建设中面临的一个亟待解决的问题，也是近年来爆破工程界的一个热门课题。本项目拟采用现场测试、室内模拟、数值计算和理论分析相结合的方法，系统研究爆破荷载作用下埋地管道动力响应与破坏机理的基础性问题。首先通过宏细观实验系统地观测和分析爆破荷载特性以及对邻近埋地管道的影响,建立爆破振动物理模型,分析爆破振动在岩土体中的传播特性和衰减规律，建立爆破荷载作用下埋地管道的受力计算理论模型。再采用光纤传感技术、声波测试技术并结合管道应变，位移监测，研究爆破所引起的管道变形破坏规律，构建管土非线性接触计算模型，并结合测试对比和数值计算，具体研究不同爆破条件下埋地管道的动力响应，揭示埋地管道渐进破坏过程的演化机理,初步建立埋地管道爆破振动控制安全标准，为控制爆破地震波对埋地管道的危害提供科学依据。

本项目主要研究爆炸载荷下埋地管道动力响应与破坏机理的基础性问题。通过理论分析、现场测试、模型试验和数值计算相结合的方法，对爆破振动在岩土体中的传播特性和衰减规律，爆破荷载特性对邻近埋地管道的影响,爆破所引起的管道变形破坏规律，埋地管道渐进破坏过程的演化机理进行了系统研究；基于波动理论分析了爆破地震波在岩土介质中的传播特性,给出了估算地震波影响范围的方法。同时，对现场实测数据应用HHT 技术进行处理，采用RDT 方法分离出自由振动时程，得到了岩土介质的阻尼特性，从理论上分析了爆破荷载对埋地管道的作用,建立了爆破荷载作用下埋地管道的管土相互作用计算模型，利用ANSYS/LS-DYNA 程序进行了埋地管道动力响应与变形破坏的计算机模拟，揭示了爆破地震波持时和特征频率衰减规律。在此基础上，针对岩土力学性质、岩体结构、地质构造、爆破振动等因素对埋地管道结构体形变状态的影响，将压电陶瓷、光纤传感技术应用于埋地管道的室内模型实验、现场测试工作、建立了埋地管道渐进破坏过程的形变监测系统，得到了埋地管道受爆炸冲击荷载作用后各测点位置爆破损伤指数，揭示了埋地管道渐进破坏过程的演化机理。并基于正交试验方法和均匀分布的假设,分别从振源位置变化、管道埋深、冲击能量、管道与振源间距等方面分析埋地管道在爆破荷载作用下的动力响应,并对影响因素作参数敏感性分析,找到了管道的损伤和破坏主要原因。. 在室内试验、数值计算和现场试验的基础上, 通过对相关规范的深入剖析,研究了爆破荷载作用下埋地管道承受振动荷载能力, 初步提出了埋地管道爆破振动的安全控制标准和管道控制保护措施。项目成果对指导临近埋地管道爆破作业和安全生产具有重要的现实意义，研究成果对石化、矿山、交通、水电等部门的相关领域同样也有较好的借鉴作用。