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抛石挤淤法的研究现状与发展
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抛石挤淤施工方案
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3秒自动关闭窗口抛石爆破挤淤筑堤的机理及检测方法研究--《中国铁道科学研究院》2011年博士论文
抛石爆破挤淤筑堤的机理及检测方法研究
【摘要】：抛石爆破挤淤筑堤技术是我国独创的一项地基处理技术,经过20多年的发展,已经广泛应用于海堤或水工围堰工程的建设。现行规程基于几何相似律的原理,认为抛石爆破挤淤技术处理的淤泥厚度宜在12m以内,而实际上抛石爆破挤淤处理的淤泥厚度已经超过了40m,实际消耗的炸药量也远比按现行炸药量计算公式的计算值偏小,说明规程编制阶段为技术界所理解的抛石爆破挤淤理论已经不能适应当前技术发展的需要。对于抛石爆破挤淤海堤的检测,采用检测方法时的争议也比较大,不能有效地控制施工质量、检测挤淤效果,以及较为准确地进行工程计量。在这种情况下,对抛石爆破挤淤筑堤的机理和检测方法进行研究具有重要的理论与实际意义。
本文通过收集工程实例和前人研究成果,对淤泥的强度及其在爆破之后的变化规律进行了总结。依据的淤泥的触变性,淤泥在爆破瞬间处于不排水条件,爆破扰动会使淤泥的强度降低,爆破扰动前后淤泥强度的比值可用灵敏度反映。根据工程实际情况,对淤泥强度降低的程度和范围进行了假定,一级扰动区域的半径约6~8m,二级扰动区域的半径约4m。通过理论预测与实际检测结果的对比证实了这一假定基本符合实际。本文根据极限平衡理论,推导了静态抛石挤淤的厚度计算公式,研究了抛石与淤泥形成平衡时抛石挤入淤泥中的深度D和抛石高出淤泥面的厚度h的关系,以及淤泥强度改变时抛石挤入淤泥中的深度D的变化规律,推测了静态抛石挤淤和抛石爆破挤淤的断面形态,并得到了实际检测结果的验证。
本文还采用有限元数值模拟的方法,对复杂情况下的静态抛石挤淤过程进行了研究,将研究结果和极限平衡分析法的结果以及实际检测结果进行了对比,互相进行了验证。在上述基础上,结合实际情况建立抛石爆破挤淤的有限元数值模拟模型,用改变淤泥强度的方法对抛石爆破挤淤的全过程进行了施工仿真,直观地展现了抛石爆破挤淤海堤的形成过程,与实际检测成果的对比表明爆破扰动使淤泥的强度降低造成抛石体滑移的认识,以及对爆破后淤泥强度衰减程度和范围的假定是基本正确的,并将其阐述为爆破挤淤的淤泥强扰动机理:当抛石挤淤达到平衡后,在抛石挤淤堤前方的淤泥中进行爆破,使抛石体前方淤泥强度降低,从而导致抛石体和淤泥之间形成的平衡被打破,抛石体产生塑性滑移和下沉,然后和淤泥之间形成新的平衡,补填后继续爆破,继续引起抛石体产生塑性滑移和下沉,最终达到挤掉更多淤泥的目的,形成稳定的海堤。
本文介绍了大量的工程检测试验成果,表明钻探检测、面波检测、地震映像检测和探地雷达检测方法均能进行抛石爆破挤淤海堤的检测,但各有优缺点,如果使用单一方法,精度难以保证,甚至会得出错误的检测结果,因此必须采用多种方法进行组合。结合工程实际情况,在抛石厚度小于20m时,采用钻探结合探地雷达的组合方法比较有效,抛石厚度大于20m时,可采用地震映像法进行辅助检测。为了提高探地雷达数据的信噪比和分辨率,提高地层层位划分和异常判读的准确性,研究开发了探地雷达二维滤波和偏移处理程序,通过对理论模型数据和实测数据的处理,验证了处理方法的可靠性。
本文还通过几个工程实例,系统地进行了理论研究与实际检测结果的对比、实际检测结果与设计值的对比研究,理论与实践互相检验,进一步验证了本文的研究成果。同时也总结归纳了新的炸药量计算公式和药包埋深公式,提出了一些抛石爆破挤淤设计优化建议。
最后,对以上研究内容进行总结,得出了一些有益的结论,并指出了后续研究工作的方向。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国铁道科学研究院【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：TV542【目录】：
摘要4-6ABSTRACT6-11第一章 绪论11-42 1.1 引言11-20 1.2 研究的目的和意义20-21 1.3 抛石爆破挤淤筑堤技术的发展与国内外研究现状21-39
1.3.1 抛石爆破挤淤筑堤技术的发展21-25
1.3.2 抛石爆破挤淤机理的研究现状25-32
1.3.3 抛石爆破挤淤施工工艺方面的研究现状32-37
1.3.4 抛石爆破挤淤海堤检测方法的研究现状37-38
1.3.5 其它方面的研究现状38-39
1.3.6 抛石爆破挤淤筑堤技术尚需解决的问题39 1.4 本文的研究内容与技术创新点39-42第二章 淤泥的性质及其强度变化规律42-50 2.1 淤泥的性质42-43
2.1.1 淤泥的定义和基本性质42
2.1.2 淤泥的特殊性质42-43 2.2 原状淤泥的强度43-46 2.3 爆破扰动（触变）后淤泥强度的变化46-47 2.4 爆破扰动后淤泥不同扰动强度区域的划分47-49 2.5 本章小结49-50第三章 抛石爆破挤淤筑堤的极限平衡分析法研究50-68 3.1 极限平衡分析法基础50-52 3.2 静态抛石挤淤的极限平衡法分析52-62 3.3 抛石爆破挤淤的极限平衡法分析62-66 3.4 本章小结66-68第四章 抛石爆破挤淤筑堤的数值模拟方法研究68-94 4.1 有限元基本原理及软件介绍68 4.2 压力与抛石近似等效性的说明68-69 4.3 淤泥本构模型的选择69-76
4.3.1 Mohr-Coulomb（摩尔库仑）模型70-73
4.3.2 扩展的Drucker-Prager模型73-76
4.3.3 淤泥本构模型的选定76 4.4 矩形压力荷载下的抛石爆破挤淤有限元数值模拟76-90
4.4.1 二维静态抛石挤淤数值模拟76-83
4.4.2 三维静态抛石挤淤数值模拟83-85
4.4.3 爆破扰动使淤泥强度变化时的二维数值模拟85-90 4.5 梯形抛石荷载下抛石爆破挤淤有限元数值模拟90-92 4.6 本章小结92-94第五章 抛石爆破挤淤施工仿真94-111 5.1 爆破后淤泥强度变化的假定94 5.2 抛石荷载下的施工仿真94-97 5.3 用等代压力法进行施工仿真97-110
5.3.1 首次堤头爆破的仿真97-102
5.3.2 N+1 次堤头爆破的仿真102-104
5.3.3 侧爆的仿真104-110 5.4 本章小结110-111第六章 抛石爆破挤淤海堤检测方法的试验研究111-144 6.1 研究的目的、思路及方法111 6.2 检测方法原理111-115
6.2.1 钻探检测方法原理111
6.2.2 面波检测方法原理111-112
6.2.3 探地雷达检测方法原理112-114
6.2.4 地震映像检测方法原理114-115 6.3 现场检测试验115-130
6.3.1 深圳机场飞行区扩建工程外海堤检测试验115-122
6.3.2 深圳前海填海工程检测试验122-126
6.3.3 深圳大铲湾疏港通道工程检测试验126-129
6.3.4 现场检测试验总结129-130 6.4 探地雷达检测数据处理方法研究130-142
6.4.1 探地雷达数据二维滤波处理131-135
6.4.2 探地雷达数据2D-FK偏移处理135-139
6.4.3 探地雷达数据科希霍夫积分方程偏移处理139-142 6.5 本章小结142-144第七章 抛石爆破挤淤理论与实践的对比144-166 7.1 引言144 7.2 理论分析结果与实际检测结果的对比144-158
7.2.1 静态抛石挤淤案例的对比144-149
7.2.2 抛石爆破挤淤案例的对比149-158 7.3 现场检测结果与设计值的对比158-163
7.3.1 惠州大亚湾石化西区外海堤工程检测实例158-161
7.3.2 惠州惠大铁路海堤工程检测实例161-163 7.4 抛石爆破挤淤设计优化建议163-165 7.5 本章小结165-166第八章 结论与建议166-169 8.1 抛石爆破挤淤筑堤机理的研究结论166-167 8.2 抛石爆破挤淤海堤检测方法的研究结论167 8.3 进一步研究的建议167-169博士期间发表的论文169-170作者简介170-171主要工作业绩171承担的科研项目171-172参考文献172-177致谢177-178附录A：爆破挤淤案例有限元数值模拟计算文件178-182附表一：堤宽10m时的抛石厚度与抛石压力查询表182-183附表二：堤宽15m时的抛石厚度与抛石压力查询表183-184详细摘要184-200
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