基于流固耦合效应的埋地输流管道爆破振动激励动态响应机理

Study on dynamic response of pipe conveying fluid under blasting seismic wave in semi-infinite soil medium is an important issue related to the safety of lifeline engineering. With the increase of coverage area and distribution density of pipe conveying fluid in our country, blasting construction of the third engineering often occurs near serviced pipelines, then seismic wave induced by blasting construction will become a threat to the safety of pipe conveying fluid. Firstly, the equivalent loading model of blasting vibration which can reflect the non-stationary and random characteristics of blasting seismic wave will be established with comprehensive application of theoretical analysis, numerical simulation, model test and engineering monitoring. Based on the equivalent loading model of blasting vibration, the theoretical model of dynamic response of fluid filled pressure pipeline in semi-infinite soil medium under blasting seismic waves will be established comprehensively considered the fluid-solid coupling of soil, pipe and fluid. The influence law of properties of blasting vibration loading, characteristics of soil medium, pipe parameters and liquid medium parameters on dynamic response of underground pipe conveying fluid under blasting seismic wave will be calculated and analyzed. The damage mechanisms of pipe conveying fluid will be revealed. The blasting vibration safety criterion of pipe conveying fluid based on the ground vibration velocity will be obtained. The results are helpful to accurately and objectively evaluate the safety of pipe conveying fluid under blasting seismic waves, standardize and restrain blasting construction near serviced pipes. The results also provide theoretical support for security correction of pipe conveying fluid under blasting vibration.

爆破地震波作用下埋地输流管道动态响应机理研究是涉及生命线工程安全的重要课题。随着我国输流管道覆盖面积和分布密度的增大，在役管道附近经常会出现第三方建设工程的爆破施工，而爆破产生的地震波危害严重威胁输流管道的安全。本课题综合运用理论分析、数值模拟、模型实验和工程监测相结合的方法，首先建立能够反映爆破地震波非平稳随机特征的爆破振动等效载荷模型。在此基础上，综合考虑“土体-管道-流体”流固耦合效应，利用波函数展开法建立半无限土介质内爆破地震波作用下输流管道的动态响应理论模型，计算分析爆破振动载荷性质、土介质特征、管道参数以及流体性质等因素对输流管道爆破振动激励动态响应的影响规律，揭示输流管道损伤破坏机理，得到基于地表振动速度的输流管道爆破振动安全判据。研究成果有助于准确客观评价爆破地震波作用下输流管道的安全性，规范和约束在役管道附近爆破施工，为输流管道爆破振动安全校核提供理论支撑。

爆破地震波作用下埋地输流管道动态响应机理研究是涉及生命线工程安全的重要课题。随着我国输流管道覆盖面积和分布密度的增大，在役管道附近经常会出现第三方建设工程的爆破施工，而爆破产生的地震波危害严重威胁输流管道的安全。本课题综合运用理论分析、数值模拟、模型试验和工程监测相结合的方法深入研究爆破地震波作用下管道的动态响应。根据小波变换的时-频特性和分层分解展开关系，将爆破振动信号用分层重构信号进行扫描，分析这些信号得到了不同频率带上爆破振动的相对能量分布和振动强度的时间变化规律。通过对某国防工程隧道爆破振动信号进行HHT分析，验证了该方法的科学性、可行性，为降低爆破振动危害打下坚实的理论基础。采用EEMD能量熵和SVM方法实现了不同类型爆破载荷的识别。爆破地震反应谱理论能够反映爆破振动作用下结构体的动态响应。选取模型试验测试得到的爆破振动加速度信号为研究对象，采用小波包分析方法将振动信号进行分解和重构，得到爆破振动信号的频谱、时频和能量特性。结合反应谱理论得到各节点小波包重构系数的反应谱曲线，反应谱曲线峰值对应的频率与该节点重构小波包系数主频基本一致。当节点频率增大时，反应谱曲线峰值有增大的趋势，且峰值上升和下降部分由缓变陡。将小波包分析方法和地震反应谱理论结合起来，能够得到爆破振动的精细反应谱，为抗爆破振动设计提供了一种新思路。采用有限元数值模拟方法，系统研究了减振沟长度、深度、宽度、坡度等结构参数以及减振沟距爆源距离、沟内填充介质等重要因素对减振效应的影响，并由质点峰值振动速度计算得到减振率。研究表明，减振沟长度、深度和减振沟距炮孔爆源距离对减振效应有比较明显的影响，减振沟宽度和减振沟坡度对减震效应没有明显的影响。研究成果有助于准确客观评价爆破地震波作用下输流管道的安全性，规范和约束在役管道附近爆破施工，为输流管道爆破振动安全校核提供理论支撑。