Ricerca sul danno dinamico cumulativo da esplosione della roccia circostante nella costruzione di tunnel a gradoni

Jun 03, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1974 (2023) Citare questo articolo

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Nel processo di brillamento ciclico durante lo scavo del tunnel, la roccia circostante riservata subisce un accumulo di danni irreparabili. Per una costruzione sicura del tunnel, è fondamentale comprendere le caratteristiche del danno dinamico cumulativo causato dall'esplosione. Alla ricerca sono stati applicati metodi di test delle onde soniche e di simulazione numerica. Il modello JH-2 è stato adottato come modello di danno della roccia circostante. Sulla base del metodo di trasferimento dei dati tra i solutori nel software ABAQUS, è stato calcolato il danno cumulativo. Le caratteristiche del danno sono state ottenute combinando i risultati dei test sulle onde soniche. Secondo i risultati della ricerca, l'intera roccia circostante riservata presenta caratteristiche di danneggiamento periodico. Ciascuna zona di danno periodico ha una forma ad imbuto lungo la direzione longitudinale della galleria, con una lunghezza di 160 cm e una lunghezza pari a 1,07 volte la metratura di scavo. L'effetto dell'esplosione dell'ultimo filmato di scavo sull'area danneggiata della roccia del filmato precedente è lungo 40 cm, con tre modelli di danno cumulativi. I tre modelli di danno cumulativo rivelano più chiaramente la legge del danno aggiuntivo della roccia circostante, l'entità del danno aggiuntivo è maggiore con la distanza di 5–20 cm dall'ultimo filmato di scavo. La ricerca può fornire una guida teorica adeguata per la progettazione dello schema di brillamento e del rivestimento del tunnel di costruzione a gradini.

Lo scavo con brillamento è ampiamente utilizzato nell'ingegneria dei tunnel per la sua elevata efficienza e vantaggi economici. Quando l'energia di un'esplosione esplosiva rompe e scaglia l'ammasso roccioso scavato, danneggerà inevitabilmente la roccia circostante, riducendone l'integrità e degradandone le proprietà meccaniche, compromettendo la sicurezza della costruzione del tunnel. Inoltre, ulteriori carichi esplosivi verranno applicati alla roccia circostante riservata, causando un continuo accumulo di danni. Pertanto, lo studio delle caratteristiche del danno dinamico cumulativo da esplosione della roccia circostante è fondamentale per la costruzione sicura dei tunnel di perforazione e esplosione.

Il modello del danno da esplosione della roccia è stato ampiamente studiato dagli accademici. Langefors1 ritiene che i danni da esplosione siano creati dalla propagazione, dalla riflessione e dal contatto delle onde di stress dell'esplosione. Stimola ed estende le fessure delle rocce, abbassandone le caratteristiche meccaniche. Sulla base di questa comprensione, i ricercatori pertinenti hanno sviluppato tre modelli di danno da esplosione: il modello GK2, il modello TCK3 e il modello KUS4. HAMDI5 e LI6 hanno utilizzato i tre modelli di danno da esplosione e metodi di simulazione numerica per studiare l'evoluzione del danno, la misurazione e la valutazione dell'ammasso roccioso sottoposto a esplosione. Secondo la meccanica del danno continuo e il criterio della deformazione critica da trazione, YANG7 e LIU8 hanno proposto un modello di danno da esplosione che può riflettere in modo completo la correlazione tra le variabili del danno, la densità delle crepe e la velocità di deformazione.

Inoltre, l'ammasso roccioso esiste nello stress iniziale in situ accoppiato allo stress gravitazionale e allo stress tettonico, che ha un'influenza significativa sulla propagazione delle onde di stress esplosivo, sullo sviluppo di crepe nella roccia e sul danno alla roccia circostante. nello stress iniziale in situ accoppiato con lo stress gravitazionale e lo stress tettonico, che ha un'influenza significativa sulla propagazione delle onde di stress esplosivo e sul danno delle rocce circostanti. Pertanto, lo stress in situ non può essere ignorato quando si studia il danno causato dalle esplosioni, e molti accademici lo hanno studiato. Attraverso la ricerca sperimentale, HE9 e ZHANG10 hanno scoperto che le crepe sotto carico di esplosione spesso si propagano lungo la direzione della sollecitazione principale. Inoltre, lo studio di HE9 ha dimostrato che la zona di frattura della roccia diminuirebbe con l'aumento dello stress di compressione. XIE11 e YI12 hanno studiato il danno da esplosione dell'ammasso roccioso sottoposto a stress in situ mediante simulazione numerica e hanno ottenuto la stessa regola di sviluppo delle cricche di cui sopra. TAO13 ha simulato l'esplosione di un ammasso roccioso in un unico foro sottoposto a stress in situ e ha scoperto che potrebbe ridurre le fessurazioni. In uno specifico progetto di tunneling, RAMULU14 ha utilizzato test con estensimetro e fotocamera stenopeica per studiare l'influenza dell'esplosione ciclica sui danni alla roccia. La ricerca ha scoperto che il danno alla roccia vicino all'area dell'esplosione è stato causato da vibrazioni ad alta frequenza, mentre il danno alla roccia lontano dal foro di esplosione è stato causato da vibrazioni a bassa frequenza. LUO15 ha effettuato una simulazione numerica sullo scavo con brillamento di un tunnel di deviazione e ha confrontato i risultati con i valori misurati sul campo. Si è riscontrato che la velocità di vibrazione dell'esplosione e la deformazione della roccia circostante erano più vicine ai valori misurati dopo aver considerato il danno accumulato della roccia circostante. Nella simulazione numerica dovrebbe essere considerato l'effetto del danno cumulativo della roccia circostante.