Pesquisa sobre o dano dinâmico cumulativo de detonação da rocha circundante no túnel de construção em degraus

Jun 03, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 1974 (2023) Citar este artigo

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No processo de detonação cíclica durante a escavação do túnel, a rocha circundante reservada sofre acúmulo de dano irreparável. Para a construção segura de túneis, é imperativo entender as características do dano cumulativo dinâmico da rocha por detonação. Testes de ondas sônicas e métodos de simulação numérica foram aplicados à pesquisa. O modelo JH-2 foi adotado como o modelo de dano da rocha circundante. Com base no método de transferência de dados entre os solucionadores no software ABAQUS, o dano cumulativo foi calculado. As características do dano foram obtidas combinando os resultados do teste de onda sônica. De acordo com os resultados da pesquisa, toda a rocha circundante reservada tem características de danos periódicos. Cada área de dano periódico tem uma forma de funil ao longo do sentido longitudinal do túnel, com um comprimento de 160 cm e 1,07 vezes a metragem de escavação. O efeito de explosão da filmagem da última escavação na área danificada da rocha da filmagem anterior tem 40 cm de comprimento, com três padrões de danos cumulativos. Os três padrões de dano cumulativo revelam mais claramente a lei de dano adicional da rocha circundante, o grau de dano adicional é maior com a distância de 5 a 20 cm da última filmagem de escavação. A pesquisa pode fornecer orientação teórica apropriada para o projeto do esquema de detonação e revestimento do túnel de construção de detonação escalonada.

A escavação por detonação é amplamente utilizada na engenharia de túneis devido à sua alta eficiência e vantagens econômicas. Quando a energia de uma explosão explosiva se rompe e lança o maciço rochoso escavado, inevitavelmente danificará a rocha circundante reservada, reduzindo sua integridade e degradando suas propriedades mecânicas, afetando a segurança da construção do túnel. Além disso, cargas de detonação adicionais serão aplicadas à rocha circundante reservada, causando acúmulo contínuo de danos. Portanto, estudar as características do dano dinâmico cumulativo de detonação da rocha circundante é crucial para a construção segura de túneis de perfuração e detonação.

O modelo de dano de explosão de rocha tem sido estudado extensivamente por acadêmicos. Langefors1 acredita que os danos causados ​​pela explosão são criados pela propagação, reflexão e contato das ondas de estresse da explosão. Estimula e alarga as fissuras das rochas, diminuindo as suas características mecânicas. Com base nesse entendimento, pesquisadores relevantes desenvolveram três modelos de dano por detonação: o modelo GK2, o modelo TCK3 e o modelo KUS4. HAMDI5 e LI6 utilizaram os três modelos de dano de detonação e métodos de simulação numérica para estudar a evolução do dano, medição e avaliação do maciço rochoso sob detonação. De acordo com a mecânica do dano contínuo e o critério de deformação crítica por tração, YANG7 e LIU8 propuseram um modelo de dano por detonação que pode refletir de forma abrangente a correlação entre variáveis ​​de dano, densidade de trincas e taxa de deformação.

Além disso, o maciço rochoso existe no estresse in-situ inicial, juntamente com o estresse da gravidade e o estresse tectônico, que tem uma influência significativa na propagação de ondas de estresse explosivas, no desenvolvimento de rachaduras nas rochas e nos danos à rocha circundante. no estresse in-situ inicial, juntamente com o estresse da gravidade e o estresse tectônico, que tem uma influência significativa na propagação de ondas de estresse explosivas e danos nas rochas circundantes. Portanto, o estresse in situ não pode ser desconsiderado ao estudar os danos causados ​​pela explosão, e muitos acadêmicos o estudaram. Por meio de pesquisas experimentais, HE9 e ZHANG10 descobriram que as trincas sob carga de detonação geralmente se propagam ao longo da direção da tensão principal. Além disso, o estudo de HE9 mostrou que a zona de fratura da rocha diminuiria com o aumento da tensão compressiva. XIE11 e YI12 estudaram o dano de detonação do maciço rochoso sob tensão in-situ por simulação numérica e obtiveram a mesma regra de desenvolvimento de trincas acima. O TAO13 simulou a detonação de um único furo de maciço rochoso sob tensão in-situ e descobriu que poderia reduzir a fissuração. Em um projeto específico de tunelamento, o RAMULU14 usou testes de extensômetro e câmera pinhole para investigar a influência da detonação cíclica nos danos à rocha. A pesquisa descobriu que os danos nas rochas perto da área de detonação foram causados ​​por vibração de alta frequência, enquanto os danos nas rochas distantes do orifício de detonação foram causados ​​por vibração de baixa frequência. O LUO15 realizou uma simulação numérica da escavação por detonação de um túnel de desvio e comparou os resultados com os valores medidos em campo. Verificou-se que a velocidade de vibração da detonação e a deformação da rocha circundante estavam mais próximas dos valores medidos após considerar o dano acumulado da rocha circundante. O efeito de dano cumulativo da rocha circundante deve ser considerado na simulação numérica.