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水工围堰爆破拆除-水工围堰拆除爆破

时间:2023-10-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:国内几个围堰及岩坎爆破工程中测得的水击波压力波形反映了此现象。水下爆破中产生的水冲击波是破坏附近水域中的港工、水工建筑物的钢结构、水面船舶及水中生物的一个重要因素,通常用冲击波的峰值压力作为对建筑物的破坏判据。表12.3.1 列出了几个工程实测资料,供读者参考。表12.3.2、表12.3.3 为三峡工程三期RCC围堰拆除时的水击波的压力和动应变安全控制标准。

水工围堰爆破拆除-水工围堰拆除爆破

围堰及岩坎爆破时,一部分炸药能量从被爆体中逸出至水中(爆破时生成的高压气体直接作用于水中)形成水击波,其压力峰值随传播距离增加很快衰减,持续时间一般在几个毫秒以内;另外还有部分炸药能量通过岩体(或被爆体)以应力波的形式作用于水中,产生水体振动而形成脉动水压力,其压力峰值不大但持续时间较长,一般达数十毫秒,并且频率较低。国内几个围堰及岩坎爆破工程中测得的水击波压力波形反映了此现象。一般由应力波入射水中产生的水体振动很小,所测信号主要是水击波,波速在1500m/s左右。

在无限水介质场中,忽略重力与位移的影响,对于悬挂在水中的TNT集中药包,库尔得出初始水击波的压力峰值为:

式中:P 为水击波的初始压力峰值,MPa;ρ为比例系数;Q为单段药量,kg;R 为药包中心至测点的距离,m。

水中冲击波的传播特性主要有:

(1)水中冲击波在微秒量级的瞬间就能增大至峰值压力,但持续时间很短。

(2)产生的冲击波峰值压力随着与爆源距离加大而减弱,且在距爆源较近距离处波阵面的压力下降速度很快,而较远处下降速度较慢。

(3)在爆源附近冲击波的传播速度比水中音速极限值(约1430~1520m/s)大数倍,可达5000m/s,随着波的推进,波速迅速下降至接近水中音速(工程实测值1470~1540m/s)。

(4)水中爆炸产生的第一次脉动最大压力,一般不大于冲击波峰压的10~20%,但作用时间却大大超过冲击波压力作用的持续时间。

(5)水下钻孔爆破时,主要以地-水冲击波形式在水中传播;而气体冲击波只是沿孔口方向压力值较高,在四周压力迅速减少。

(6)水下岩石内爆破转变为水中冲击波的爆炸能量仅为水中爆炸的20%左右,如果钻孔堵塞质量好,还可减少10%~30%。衰减也比水中爆炸快,且介质越致密衰减越快。

水中爆炸产生的水冲击波初始强度取决于炸药性能和装药密度。当水中爆炸的药包中心水深小于7倍药包半径时,药包爆炸后气体迅速突入大气,在水面形成喷柱和水冢,爆炸能量通过水面向空气中消散,水冲击波的峰压明显减少。

当结构物的自振周期比爆破振动周期大得多时,冲量便是衡量水冲击波振动效应的重要指标。比冲量经验公式为:

式中:I 为比冲量,MPa·s;Ci 为试验系数;衰减系数

水下爆破中产生的水冲击波是破坏附近水域中的港工、水工建筑物的钢结构、水面船舶及水中生物的一个重要因素,通常用冲击波的峰值压力作为对建筑物的破坏判据。由于水冲击波作用周期短(约1.5~2.0ms),并且较爆破地震波滞后一段时间,一般工程可不考虑它与地震波的叠加作用。

对于与河床底部相连的水工建筑物,虽然水冲击波产生的波峰压力数值有时会很大,但由于产生的时间短暂,质量较大的建筑物在受到冲击波压力时,还往往来不及变形,不一定对建筑物构成破坏,故冲击波的峰值压力一般只作为建筑物抗压强度校核的参考数据。(www.xing528.com)

由于水冲击波产生的冲量,当受影响建筑物的固有周期比入射波的周期长得多时(即频率小得多时),冲量作用在建筑物上可以使其以固有频率振动或产生谐振。若变形太大,即使波峰压力低于结构材料的抗压强度,建筑物仍有可能遭到破坏,故冲击波产生的冲量常用来核算建筑物的变形和内力。

水下爆破在建筑物上引的动应变与水冲击波冲量成一定的函数关系,经验公式形式为:

水下爆破在建筑物上引起的动应力公式为:

式中:σB为动应力,MPa;E 为建筑材料弹性模量,MPa。

一般材料在瞬时动荷作用下的承载能力比静载大,为简化计算及从安全出发,可仍以静载时的强度条件为依据来进行强度核算:

式中:σP为建筑物的设计应力,MPa;[σ]为建筑材料的允许应力,MPa。

然而,对于围堰及岩坎爆破,由于大部分炸药能量被用来破碎、抛掷被爆体,只有极小部分能量形成水击波;加之实际工程大多为有限水域,水击波在传播中经过多次折射与反射,还将耗散部分能量,因此在设计中采用库尔公式计算水击波压力必然会与实际情况有很大出入,往往会大大限制爆破规模,影响工程进度。表12.3.1 列出了几个工程实测资料,供读者参考。表12.3.2、表12.3.3 为三峡工程三期RCC围堰拆除时的水击波的压力和动应变安全控制标准。

表12.3.1 类似工程水击波压力经验公式与库尔公式的对比

表12.3.2  三峡三期上游围堰拆除爆破水击波安全控制标准

表12.3.3  三峡三期上游围堰拆除爆破动应变安全控制标准

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