Динамические Анализ методом конечных элементов молодых торкретирования в Рок-туннелях
Проблема с торкретирования на скале подвергается вибрации ранее изучали на месте и путем численного моделирования. В рамках настоящего проекта, упругой конечно-элементной модели представляется, состоящий из пучка элементов, используемых для модели изгибной жесткости и массы для торкретирования футеровки и часть скалы. Упругие элементы добавляются для упругой связи между торкретирования и рока. Нагрузок на модели ускорения времени серии. Масштабирование законы для величины скорости вибрации в породе в зависимости от расстояния и количества взрывчатых веществ, используемых для исследования повреждений торкретирования на различных расстояниях от источника взрыва. Возраст зависит от свойств материала торкретирования разнообразны по расследованию уязвимости молодых торкретирования подвергаются взрыва вибрация. Рекомендуемый минимальный возраст для торкретирования, на основе численных результатов, приведены для практического использования.
Ключевые слова: динамические нагрузки; арматуры; торкретирования.
(ProQuest информации и обучения: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Торкретирования (распыленного бетон) является одним из наиболее важных материалов для рок поддержку в туннелях, шахтах и других подземных сооружений. Наиболее фундаментальной характеристикой торкретирования является его способность соблюдать к поверхности, образуя связь, зависит от прочности сцепления между торкретирования и слоев породы. Торкретирования часто наносится на поверхность породы сразу после земляных работ для предотвращения выпадения породных блоков и тем самым обеспечить архи-формы туннелей. Раскопки полостей в твердых породах, в большинстве случаев, сделанный рок раздробленность путем взрывных работ. Эти взрывы также привести к возникновению волн напряжений, которые могут причинить серьезный ущерб постоянных установок и систем поддержки внутри скалы, таких, как торкретирования. Из-за недостатка знаний, необоснованно строгие требования к приемлемым уровням вибрации от взрывных рядом с молодым и неопытным распыляется торкретирования часто используются. Для обеспечения безопасности подземных строительных работ, это приводит к увеличению производства времени и стоимости. Руководящих принципов, часто содержат позволило вибрации скорости, выраженный в виде пиковых скоростей частиц (PPV), которые трудно перевести на минимальное расстояние и торкретирования возраста ..
Есть несколько докладов и статей, об испытаниях, проведенных в туннелях и шахтах, где торкретирования подвергается вибрации от взрывных работ. Результаты испытаний в шахте канадской золото для закаленных волокно усиленные сталью и стальной сетки армированной торкретирования районах, подверженных вибрации от взрывов представлены древесины и Tannant1 и др. Маккрит al.2 Было установлено, что стали армированных волокном торкретирования поддерживает его функциональность, хотя подвергается вибрации от 1500 до 2000 мм / сек (59 на 79 дюйма / сек). Сообщается, что торкретирования лишь частично трещины и что не торкретирования накладки были перемещены или выбрасываются взрывах. Существовали существенного увеличения в барабанных областях между рок-и торкретирования, что свидетельствует о торкрет-рок связь была неповрежденной. Накано и др. al.3 представляет испытаний, проведенных в ходе строительства параллельных туннелей, в которых растрескивания торкретирования наблюдался при скорости вибрации (PPV) превысил 700 мм / сек (28 дюйма / сек).
Тесты на месте ,4-5 после численного моделирования, было сделано в качестве первого шага на пути к реалистичным руководящие принципы для упрочнения торкретирования подвергаться вибрациям. Тестирование проводилось в шахте Kiirunavaara на севере Швеции, где областях молодых торкретирования подвергались воздействию вибрации от взрывчатых веществ внутри скалы. Был сделан вывод о том, что молодые торкретирования, до 1 день, могут легко выдержать колебания уровней, на которых трещины горной массы серьезно повреждены. Результаты также показали, что основным путем отказа является потеря клеевого соединения торкретирования и скалы, которые произошли за вибрацией скоростей от 500 до 1000 мм / сек (20 на 39 дюйма / сек). Области, которые выбрасываются, содержащиеся рок соответствует скорости вибрации превышает 1000 мм / сек (39 дюйма / сек). Результаты испытаний были проанализированы с помощью одномерной упругой модели стресс-волны, используя записанные ускорений, loads.4
Конечно-элементное моделирование позже used6-7 для интерпретации динамического поведения торкретирования вибрационных и была использована для расчета безопасного расстояния между минимальным для закаленных торкретирования и взрывных устройств в горных породах. В отличие от ранее использовавшихся одномерных моделей стресса волны выхода из конечного элемента торкретирования колебания в двумерных полей смещений, параллельно и перпендикулярно скальными стенами. В настоящем исследовании показано, как эта модель может быть реализована вместе с материалами, данными для молодых торкретирования для определения минимального возраста, которые могут быть разрешены для упрочнения торкретирования на камне подвергается вибрации от взрывов. Рекомендации по практическому использованию приведены, исходя из представленных примеров.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Конечно-элементной модели, предложенной в работе могут быть использованы для исследования уязвимости молодых торкретирования подвержены колебаниям, принимая во внимание возраст-зависимых свойств торкретирования. Результаты важную роль в определении минимального расстояния, которые будут использоваться в туннельных и подземных сооружений, а также позволит выработать рекомендации для надежной работы торкретирования близко к вибрациям, а также для улучшения планирования времени на строительной площадке. Это имеет большое значение для проходки, добычи и раскопок, а также для торкретирования ремонтных работ на различных структур, как мосты и путепроводы с интенсивным движением.
Свойства материалов
Предложенные конечные разработки элемент требует включения данных о материалах для торкретирования и рока, такие как плотность и модуль упругости. Точная возрастной данные о материалах для упрочнения торкретирования имеет previously8 были опубликованы вместе с динамическими свойствами материала. Следующие разделы содержат экстракт соответствующих торкретирования и рок-информационный материал, используемый в следующем. Торкретирования с плотностью (4060 KSI), с модулем сдвига, что составляет 40% от последнего, то есть G = 0.4E. Выбор свойств материала было сделано по сравнению с результатами наблюдений и измерений в place.4
Сила развития упрочнения торкретирования
Сжатия и растяжения преимущества торкретирования непосредственно не используются в качестве исходных данных для конечно-элементной модели. Прочностные показатели, однако, нуждается в оценке конечных результатов элемент по отношению к возможным торкретирования провал. Предел прочности на разрыв будет один критический параметр, но развитие прочности на сжатие используется для определения, разработки модуля упругости. Для этого возраста зависит прочность на сжатие в МПа предполагается последующей
е ^ ^ к югу сс = F ^ югу cc0 ^ е ^ под-1.37t-0,60 ^ (1)
где / ^ к югу cc0 = 33,6 МПа (4870 фунтов на квадратный дюйм) и Т торкретирования возраста в днях. Предел прочности е ^ ^ к югу карат для упрочнения торкретирования выбрана в качестве
... (2)
на что указывают и др. Meschke al.9 Отсюда следует, что предел прочности на 28 суток 2,7 МПа (392 фунтов на квадратный дюйм). Иждивенцев на рис. 1, наряду с кривой от Byfors10, что представляет собой обычный бетон.
Статические и динамические модуль упругости торкретирования
Разработка модуля упругости в упрочнение торкретирования это здесь предполагается, в соответствии с Chang.11 уравнения, полученные от большого количества тестов, дает соотношение между модулем упругости E и прочность на сжатие е ^ ^ к югу вв. Уравнения
... (3)
здесь используется совместно с уравнением. (1). Альтернативную формулировку задается также как Chang11
E = 1,062 · Е ^ югу 0 ^ е ^ под-0.446t0.446t 0,8 ^ (4)
с E ^ югу 0 = 27 ГПа (3920 фунтов на квадратный дюйм) и с т в сутки. Дальнейшие отношения задаются др. Meschke и др., 9, основанное на том, что приведенные в модели CEPFIP code12 как
... (5)
и Орест и как Peila13
E = E ^ югу 0 ^ (1 - е ^ под-0.0187t ^) (6)
, а также P
E 1,084 E ^ югу 0 ^ е ^ под-0.596t-0,60 ^ (7)
В уравнении. (5) в (7), т в час, а в формуле. (5) и (6) E ^ югу 0 = 28 ГПа (4060 фунтов на квадратный дюйм) включить, а в формуле. (7), E ^ югу 0 = 30 ГПа (4350 фунтов на квадратный дюйм). Пять уравнений для E на рис. 2.
Тщательное литературы search8 не дали соответствующую информацию о динамических эффектов на модуль упругости торкретирования и, следовательно, E уделяется значения, действительные для обычного бетона. В этом случае испытания Nagy16 дают связь между динамического модуля упругости E ^ ^ к югу дин и статический модуль E, который
E ^ югу дин = E (1
где
Возраст-зависимых динамического модуля упругости, рассчитанная по формуле. (1), (3), и (8), показана на рис. 2. Коэффициент затухания
Сцепление между торкретирования и рок
Наиболее важный материал собственности торкретирования адгезией к породе. Адгезионной прочности е ^ ^ к югу объявлений между торкретирования старше 28 дней и различных типов пород был исследован Хан и Holmgren17 (см. рис. 3). Значения действительны для идеальных условиях, например, хорошо очищенную поверхности скал.
В месте испытания на шахте Kiirunavaara, 4 выдвижной испытания проводились на торкретирования старше 28 дней, и его результаты были в пределах 0,68 до 1,10 МПа (от 99 до 160 фунтов на квадратный дюйм). Не было возможности проводить измерения на упрочнение торкретирования на скале. Таким образом, в следующие численные примеры, адгезионная прочность, увеличивается, как и в случае упрочнения торкретирования с тем же составом, но наносится на concrete.18 зависящей от времени функции берется минимальная кривая на рис. 4. Для 28-день (672 часов) торкретирования, максимальные и минимальные значения, измеренные в торкретирования на скале в шахте Kiirunavaara также приведены для сравнения.
Существует не известны исследования адгезионная прочность при сдвиге Сила адгезионной связи между старым бетоном, работал на отбойный молоток, и торкретирования старше 28 дней была исследована путем крутильных испытаний представленных Silfwerbrand.19 результаты находятся в пределах ) и должны быть по сравнению с F ^ югу объявления = 1 до 2 МПа (145 до 290 фунтов на квадратный дюйм) с выдвижной испытаний. Эти результаты показывают, что прочность сцепления сдвига стремится к более, что в направлении перпендикулярно к скале и торкретирования поверхности (T ^ югу объявления = е ^ ^ к югу объявлений)
Рок свойства
Плотность пород изменяется в зависимости от типа пород. Так, например, общие ценности для гранита Соответствующий модуль упругости лежит в пределах E = 40 до 80 ГПа (5800 до 11600 KSI). В численных примерах этой статьи, следующие значения были выбраны
E = 40 ГПа (5800 КСИ)
G = 16 ГПа (2320 КСИ)
Слои и трещины в породе в результате выборочная фильтрация частот напряжений волн, распространяющихся в скале. Из-за рассеяния волн в таких геометрически неоднородных структур, определенных частот волн напряжений будет усилен, а другие будут затухать, в зависимости от характеристик континуума, таких, как трещиноватых пород. Местные изменения расстояния между трещинами следует ожидать на перелом или трещины породы и, например, дает Malmgren20 интервале H = 0,2 до 0,6 м (от 8 до 24 дюйма) для шахты Kiirunavaara. Типичные скорости волны в гранит are4 с = 3500 до 7000 м / сек (11480 на 22970 футов в секунду). В данной работе для Н и С следующие значения были приняты:
H = 0,5 м (20 дюймов)
с = 5000 м / сек (16400 футов в секунду)
Колебания от РАБОТ
Детонации в рок привести к волн напряжений, что перенос энергии через каменные породы, к возможности свободной поверхности рок и скорость распространения, зависящую от типа пород. В любую свободную поверхность, сжимающие волны отражаются как растяжение волны (и наоборот), при котором колебания скорости (PPV), на поверхности, в два раза. Торкретирования наносится на камень подвергается взрывных Таким образом, будут затронуты входящих волн подчеркнуть, что отражает в торкрет-рок интерфейс. При контакте с входящей волны напряжения, силы инерции вызваны перегрузок, действующих на торкретирования может привести к возникновению напряжений клея на границе торкретирования-рока, и может привести к клейкой провал. Возможно также, что торкретирования может не из-за низкой прочности на растяжение. Такой подход был ранее исследован путем сравнения на месте наблюдений и численного моделирования results4-7 и действует до тех пор, как длина падающей волны большое по сравнению с толщиной торкретирования. Подробное обсуждение основ распространения волн и отражения волн напряжений дается, например, Dowding.21.
Численные примеры, приведенные в настоящем документе рассмотрения дела, показаны на рис. 5, то есть туннель с размерами идентична Kiirunavaara mine.4 данной области стенки канала не обработан с торкретирования, рядом с которой взрывное устройство было помещено. Заряда считается бесконечно малой. Как заряд взорвали, стресс волны распространяются к поверхности туннеля и торкрет-напыленных области.
Ускорение измерений
Высокая чувствительность акселерометров, как правило, используются для измерения доменных вынужденных колебаний, происходящих в скале. Сигнала, предоставляемых каждым из акселерометров это время серии ускорений, которые могут быть использованы для расчета спектра частот записываемого сигнала. Перегрузок может быть также использована для численного расчета колебаний скорости и смещения в каждой точке измерения, с помощью численного интегрирования. Расчетное смещение может оказаться неточным из-за погрешностей измерения, такие как шум и базовые смены. Потому что прямые и надежные измерения перемещений от динамических нагрузок трудно получить без сложного оборудования, измеренные ускорения могут быть непосредственно использованы в качестве исходных данных при численном анализе. Часто это делается в исследовании сейсмических поведение потенциала.
В случае рок, акселерометров смонтированы полностью залито пластмассовых труб. Длины труб регулируется так, чтобы точки измерения примерно 500 мм (20 дюймов) с каменной поверхностью, так как внешние слои пород, окружающих туннель часто серьезно сломана из-за взрывных работ. В большинстве случаев, Есть два акселерометра, размещенных по каждой точке измерения, чтобы обеспечить двухосных описания колебаний в сторону тоннеля под прямым углом к ней.
Ускорение нагрузки принятой в модели
Когда волна напряжений от взрыва распространяется через рок, некоторые частоты будут затухают из-за трещины, переломы и другие недостатки. Частотного спектра сигнала измеряется ускорение поэтому содержит только ограниченное число вершины, характерных частот. Для целей моделирования, это может быть использовано для прогнозирования ускорений от известных взрывных зарядов. Tests6 показали, что это возможно, с приемлемой точностью, чтобы вычислить правильный клей стрессовую нагрузку на торкретирования-рок интерфейс, используя один период синус-импульсов, как ускорение грузов в месте тех показателей. Отношений, которые могут быть использованы в первую скейлинг, который соединяет PPV югу V ^ тах, расстояние R, и количество взрывчатых веществ Q за фактический тип породы. Сумма часто приводится в качестве веса Готовые нитрата аммония и мазута (ANFO).
Второе соотношение между частотой /, распространение волн скоростью с, а расстояние между трещинами или недостатков H. Полагая нагрузки синус-импульса ускорения с периодом е ^ ^ -1 SUP, максимальное ускорение может быть вычислена путем интегрирования V ^ к югу тах последующим делением на ускорение компоненты в направлениях перпендикулярно и параллельно с каменной поверхностью югу ^ х ^ и ^ у ^ к югу, соответственно. Метода приводится в следующий алгоритм: 6
1. Рассчитать максимальный PPV в R от
... (10)
2. Выберите упругих волн скоростью с, например, от
... (11)
3. Использование расстояние между трещинами H для вычисления характеристической частоты, как
... (12)
4. Определить ускорение нагрузку по перпендикуляру к каменной стене (х-направлении), а в зависимости от времени т с
... (13)
и параллельно с каменной стены (у направлении) путем замены R ^ югу х ^ с К югу ^ у ^, где R-расстояние от взрыва до точки наблюдения, R ^ х ^ к югу и к югу R ^ у ^ компоненты R в направлениях х и у, соответственно.
С помощью этого метода моделирования являются входящих волн напряжений идеализируется как распространяющиеся по горизонтальной плоскости, охватывающих между зарядом и торкретирования. Это было установлено, что accurate4 как центр взрывное устройство находится на том же уровне, как в центре торкретирования распыляется области. Альтернативный подход, точно для очень малых расстояниях, заключается в предположении сферически меняющихся амплитуд колебаний скорости, что дало бы другое соотношение между R и Q в уравнении. (10).
КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛЬ
Основы модели показаны на рис. 6, где часть скалы с торкретирования моделируется с помощью только восемь элементов пучка с 30 степенями свободы. Типичная модель для практического применения будет и далее дискретизации (более 200 степеней свободы) и будет включать в себя упругие пружины параллельно поверхности скалы. Торкретирования, таким образом, идеализируется как луч, связанных с рок через пружины, которые позволяют перемещения параллельно и перпендикулярно поверхности скалы. Изгибной жесткости и массы для торкретирования и рок представлены изгибе пучка элементов, а весной элементы обеспечивают упругой муфты. Максимально допустимая весной удлинения даются прочность сцепления между торкретирования и рока. Для модели показали, включены рок сегмента наружного слоя туннель, была испорчена во время взрывные работы. Как говорилось ранее, типичная толщина этой породы сегмента составляет 500 мм (20 дюймов). Приложения нагрузки в узлах в скале (узлов от 1 до 5) в виде измеряется или теоретически определить векторы ускорения времени, предполагается, происходят из детонации заряда, расположенного на том же уровне, как торкретирования пучка ..
Контроль и пружинных элементов
Конечного элемента пучка в двух измерениях имеет шесть степеней свободы, описывающей переводы по длине пучка и перпендикулярно оси вращения. Элемент матрицы жесткости K и соответствующей массы элемента матрицы M такого элемента дается, например, Paz.22
Пучка элемент, который в сочетании с упругой пружины с каждой стороны может быть смоделирована путем добавления к югу K ^ S ^ на жесткость элемента матрицы пучка, в соответствии с
K = K K ^ югу S ^ (14)
K ^ S ^ югу диагональная матрица, содержащая факторы представляют жесткости пружины, за исключением вращательными степенями свободы. А весной к югу жесткости ^ х ^ на единицу площади
... (15)
Если S является стресс и является удлинение Жесткость пружины в соответствие с пучком к югу ^ у ^ рассчитывается сдвига
... (16)
которая является точным при малых углах сдвига и, таким образом небольшой деформации сдвига
Режим наложения
Ответ механической системы с динамической нагрузки может быть рассчитана, используя режим наложения-метод. Во-первых, собственных частот и форм колебаний свободной модели с конечным числом элементов с п степенями свободы рассчитывается. Вектора смещения получается после суммирования всех п режиме векторов предварительно умножается на модальной амплитуд
... (17)
где Модальных амплитуд могут быть рассчитаны с помощью численных methods.22-23 Дюамеля интеграл был использован для расчета результатов численных примерах представлены в следующем. Интеграл зависит от массы и частоты природных структуры, от времени зависит от нагрузки, и на затухание структуры.
Торкретирования на скале подвергаются колебаний здесь смоделированы таким же образом, как и для потенциала на местах во время землетрясения, где земля ускорения приводят к инерционных сил на здание. В литературе (например, сослаться на Клаф и Penzien23), вектора нагрузки для такого случая дается как
р (т) =-Мг (т) (18)
где силы равны массе конструкции раз применяется землю ускорений г (т), в матрице и векторной форме. В двумерной модели конечных элементов балок и родников, груз представляет вектор ускорения составе зависящих от времени скалярных ускорений, возможно, из измерений на каменной поверхности туннеля.
Численные примеры
Приведенные ниже примеры основаны на модели, показанной на рис. 6, с 10 м (33 футов) торкретирования и рока. Взрывной заряд весом Q расположен внутри скалы, на глубине ниже R0 каменной поверхности, включая 500 мм (20 дюймов) породы представлены пучком между узлами 1 и 5. Модель дальнейшего дискретизации до вычислений так, чтобы луч 10 элементов и соответствующее количество источников были вставлены между узлами 1 и 2. Таким образом, модель состоит из 80 элементов света, с 486 степенями свободы. Ускорение волн от заряда взрывчатого вещества действовал на скале пучка с узлами 1 и 5 предположить подвергаться нулевое ускорение. Расстояние между взрывчатых веществ и 2 узлов, 3 и 4 обозначены R ^ 2 ^ к югу, к югу R ^ 3 ^ и R ^ 4 ^ к югу, соответственно. Ускорение нагрузки аппроксимируется синус-импульса с частотой / = 2500 Гц, рассчитанные по ранее данного материала данные включены в формулу. (12). PPV были рассчитаны путем включения данной константы для шведского гранита в формуле. (10), в результате чего дюйма
... (19)
где R в м (м) и Q в кг (или б). Из уравнения. (12) видно, что длина падающей волны больших по сравнению с толщиной торкретирования. Предполагается, расстояние между трещиной и распространения волн скорости 0,5 м (20 дюймов) и 5000 м / сек (16400 футов в секунду), соответственно, приведет к длине волны (C / F) 2 м (6,6 футов). Следует отметить, что минимальное расстояние между зарядами и торкретирования рассмотрел в примерах сравнительно невелико, то есть 1 или 2 раза длина волны волн напряжений.
Торкретирования ответ
В этом примере Q = 2 кг (4,4 фунтов), R ^ югу 0 = 4 м (13 футов), а толщина 28-дневных торкретирования составляет 100 мм (4 дюйма). Рассчитанных смещений на торкретирования-рок интерфейса приведены на рис. 7 и 8. Ускорение грузов на 2 узлах, 3 и 4 были получены положить R = R ^ 2 ^ к югу, R = R ^ 3 ^ к югу и т.д., в формуле. (13).
Максимальная напряжений в упрочнение торкретирования
Следующие примеры настоящее время максимальное напряжение, клей с ^ ^ к югу объявление в торкрет-рок интерфейс в зависимости от возраста торкретирования. Кратчайшее расстояние R ^ ^ к югу 0 до взрывное устройство установлено на 2 или 4 м (6,6 или 13 футов). Точки наблюдения Узел 8 и результаты для каждого набора данных были построены в один расчет для каждого 1-часовое шаг в торкретирования возраста. Значения S ^ ^ к югу объявлений как функция R ^ югу 0 ^ для торкретирования, что составляет 25, 50 и 100 мм (1, 2 и 4 дюйма) в толщину, приведены на рис. 9 до 12, для Q = 0,5, 1 и 2 кг (1,1, 2,2 и 4,4 фунтов). Принимаем минимальный возраст для торкретирования даются пересечения с линиями, представляющими торкретирования-рок адгезионной прочности е ^ ^ к югу объявление (минимум кривой на рис. 4). Возраст-зависимых развития прочности е ^ ^ к югу карат в соответствии с формулой. (2) и рис. 1 также приводится.
РЕКОМЕНДАЦИИ
Результаты представлены на рис. 9 по 12 были использованы в качестве основы для рекомендаций минимальных разрешенных торкретирования возрастов, которые будут использоваться на строительстве туннелей и подземных сооружений. Минимальный возраст в момент взрыва на 25, 50 и 100 мм (1, 2 и 4 дюйма) в толщину торкретирования приведены в таблице 1 и 2, для детонации 0,5, 1 и 2 кг (1,1, 2,2, и 4,4 фунтов) взрывчатых веществ на 2 и 4 м (6,6 и 13 м) от торкретирования на каменной поверхности. Для сравнения с предыдущими результатами, соответствующие PPV также приведены (см. формулу. (19)) и умножается на 2, чтобы учесть влияние отражений в свободной surface.4
Торкретирования области, в этой модели на стене туннеля недалеко от взрывчатых веществ и рекомендации не применяются в случае, стен и потолка, в туннелях, во время взрыва операций в туннеле фронта. Материальный, принятых в этой исследование свойств шведского гранита с 0,5 м (20 дюймов) расстояние между разрывами. Как видно на рис. 9 до 12, что риск неудачи напряженной (S ^ югу объявлений ^> е ^ ^ к югу карат) можно пренебречь, так как е ^ ^ к югу объявлений Обратите внимание, что трудно получить достаточно высокие торкретирования сцепления для 100 мм (4 дюйма) торкретирования рядом с источником детонации. По сравнению с рис. 3 показывает, что это дело, даже для закаленных торкретирования.
Предыдущие рекомендации точны по сравнению с места наблюдения. В tests4 Kiirunavaara, 5 было установлено, что потери адгезии между торкретирования и рок произошло в непосредственной близости от PPV 500 мм / сек (20 дюймов в секунду). В ходе этих испытаний, торкретирования был расположен на коротких дистанциях от 1 до 2 м (3,3 на 6,6 м) от взрывов, и эти результаты должны быть по сравнению со значениями в таблице 1. Потому что торкретирования испытаний Kiirunavaara были с 1 по 24 часа, можно видеть в таблице, что сумма в тесном взрывчатых веществ диапазон должен быть меньше 1 кг (2,2 фунтов) на 50 мм (2 дюйма) в толщину торкретирования. Соответствующие скорости вибрации предельных 300 мм / сек (12 дюймов в секунду) и предельных значений из таблицы, также оказались точными по сравнению с на месте результаты тестов. Это также случай, когда сравнение с результатами других investigations.1-3
Рекомендаций, содержащихся в таблицах 1 действительны при соблюдении следующих условий:
* Неармированные, мокрого торкретирования смесь стандартного без ускорения примеси, а
* Рок со свойствами, подобными шведского гранита с 0,5 м (20 дюймов) расстояние между разрывами. Рекомендации не являются точными для:
* Стены и потолки в туннелях во время взрыва операций в туннеле фронта.
Дальнейших исследований
Численные примеры были основаны на предположении, что взрывное устройство сработало в скале за торкретирования на свободной поверхности скалы. Детонации в туннель лицо волны вызывают стресс распространяться вдоль стены и потолок туннеля. В последующие исследования, более сложной геометрией туннеля должна рассматриваться. В дополнение к результатам моделирования взрывных устройств без расширения, последствия долгого заряда взрывчатого вещества должны быть исследованы с учетом распространения волн напряжений, а также последствия многочисленных обвинений, взорвали в определенной последовательности. Временная задержка между детонации может быть одним из важных параметров со ссылкой на собственные частоты торкретирования-рок модели.
Это представляет большой интерес для исследования динамических характеристик армированных торкретирования якорь с рок-болтов. Болты могут быть смоделированы как упругие пружины, что передача сил торкретирования, которая может быть усилена стальной сетки или стальных волокон.
Смеси-дизайн торкретирования влияет на его свойства, и поэтому интересно изучить, какие изменения в температуре закалки и влажности воздуха влияет на прочность на сжатие и модуль упругости, а также прочность сцепления на торкретирования-рок интерфейс. Использовать ускорители могут иметь и другие последствия. Эти параметры должны быть изучены с помощью лабораторных и на месте испытания.
Наконец, следует отметить, что численные результаты всегда должны быть проверены путем сравнения с Inplace измерений и наблюдений. Эти дальнейшие шаги, несомненно, приведет к разработке надежных и более подробные рекомендации для практического использования.
ВЫВОДЫ
Типа конечно-элементной модели, представленные здесь является полезным инструментом для динамического анализа торкретирования наносится на камень подвергается вибрации от взрывов. В отличие от ранее использовавшихся, 4 одномерных стресс-волновой модели, испытанной конечно-элементной модели предлагается в настоящем документе, два измерения. Это облегчает расчет двумерного поля смещений, вместо перемещения в изолированных узлов. Эта модель была предварительно испытана и проверена путем сравнения на месте и расчетные данные results.6 численных результатов в работе находятся в хорошем соглашения с места наблюдения. Модели был найден подходящий для расчета реакции молодых и упрочнения торкретирования наносится на камень, из реалистичных данных материалов, передаваемых в ранее опубликованной литературы survey.8
Принимая возрастом свойства торкретирования во внимание, стало возможным прогнозировать уязвимости молодых торкретирования подвержены колебаниям. Численные результаты были проанализированы и обобщены в качестве рекомендаций для торкретирования работу недалеко от вибрации при взрывных работах при туннелировании и подземного строительства. Рекомендации точны по сравнению с места наблюдения и следует рассматривать как первый шаг к постоянному руководящие принципы, которые будут иметь большое значение для структурной и инженерно-инженеры, занятые на строительстве туннелей, шахт, и торкретирования ремонтных работ.
Нотация
^ к югу х = ускорение компонента прямым углом к каменной стене
^ к югу у = параллельного ускорения компонент каменной стеной
Ь = постоянная
с = волн скорости
E = Молодая модуль упругости
E ^ югу 0 = Молодая модуль упругости, постоянная
E ^ югу дин = динамического модуля упругости
F = частота
F ^ югу объявления = прочность сцепления между торкретирования и рок
F ^ югу куб.см = торкретирования прочность на сжатие
F ^ югу cc0 = торкретирования прочность на сжатие, постоянная
F ^ югу карат = торкретирования прочность на растяжение
G = модуль сдвига
H = расстояние между трещинами или несовершенств
я = число
K = матрицы жесткости
К ^ к югу ы = весной матрицы жесткости
К югу ^ х ^ = весной жесткости прямым углом к каменной стене
К югу у ^ ^ = параллельные жесткости пружины с каменной стены
L = длина
M = масса матрицы
число п =
р = вектора нагрузки
Q = масса взрывчатых веществ
R = расстояние от детонации в точке наблюдения
R ^ югу я = расстояние между детонацией и узел я = 2, 3 и 4
R ^ югу х = R компонента в прямым углом к каменной стене
R ^ югу у = компонент R параллельно с каменной стены
R ^ югу 0 = кратчайшего расстояния от детонации каменной поверхности
времени / =
U = вектор смещения
V ^ к югу 1 = постоянная
V ^ к югу макс = виброскорости (PPV)
Y ^ югу я = модальных амплитуды
Y = деформации сдвига
г = землю вектора ускорения
плотности
напряжений S =
S ^ югу объявления = клей стресса
Ссылки
1. Вуд, DF, и Tannant Д. Д., "Blast Ущерб стали армированных волокном торкретирования", армированного волокном бетона-современные разработки, UBC Press, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада, 1994, с. 241-250.
2. Маккрит, DR; Tannant, DD, и Лангилл, CC, "живучесть торкретирования Рядом взрывы," Рок-механика, Труды 1-м симпозиуме Американского Норт-Рок-механики, Университет штата Техас в Остине, PP Нельсон, Л. С. Лобах, ред., А. А. Balkema Publishers, Роттердам, Нидерланды, июнь 1994, с. 277-284.
3. Накано, N.; Окада, S.; Фурукава, K.; и Накагава, К., "Вибрация и крекинг тоннельной обделки Благодаря смежные Взрывные," Известия Японское общество инженеров-строителей, В. 462, 1993, стр. . 53-62. (На японском языке; аннотация на английском языке)
4. Ansell, A., "Динамическое усиление загружено Рок", кандидатская диссертация, Департамент строительной техники, Королевский технологический институт (KTH), Стокгольм, Швеция, 1999, 185 с.
5. Ansell, A., "in-situ Тестирование молодых торкретирования подвергавшимся колебаний при взрывных работах," по строительству подземных сооружений и подземных космической технологии, V. 19, № 6, ноябрь 2004, с. 587-596.
6. Ansell, A., "Модели конечных элементов для динамического анализа торкретирования на Рок" Технические 2002:8 Доклад, зданий и сооружений, Королевский технологический институт (KTH), Стокгольм, Швеция, 2002, 35 с.
7. Ansell, A., "конечно-элементной модели для динамического анализа торкретирования на Рок, подвергнутого вибрации," Труды 2-й Международной конференции по конструкторских разработок в торкретирования, Кэрнс, Австралия, С. Бернар, под ред. А. А. Balkema Publishers, Роттердам , Нидерланды, 2004, с. 15-25.
8. Ansell, A., "Свойства материалов для динамического анализа торкретирования на Рок" Технические 2002:7 Доклад, зданий и сооружений, Королевский технологический институт (KTH), Стокгольм, Швеция, 2002, 27 с.
9. Meschke, G.; Кропайк, C., и Манг, HA, "Численное Анализ облицовку тоннеля методом вязкопластических Модель Материалы для торкретирования," Международный журнал Численные методы в области инженерии, V. 39, № 18, сентябрь 1996, с. 3145-3162.
10. Byfors, J., "Plain бетона в раннем возрасте", шведский цемента и бетона-исследовательский институт, Стокгольм, Швеция, 1980, 345 с.
11. Chang Ю., "Тоннель поддержки с торкретирования в слабых Рок-исследования по механике горных пород", кандидатская диссертация, Отдел почвоведения и механики горных пород, Королевский технологический институт (KTH), Стокгольм, Швеция, 1994, 166 с.
12. Комитет Евро-International-дю-Beton (КСР) "КСР-МФП Типовой кодекс 1990 года, главы 1-3, окончательный проект, бюллетень D'информации № 203, Вена, Австрия, 1991.
13. Орест, PO и Пейла, D., "Моделирование Прогрессивная Закалка торкретирования в конвергенции-конфайнмента подход к проектированию туннелей", туннелирование и подземных космической технике, V. 12, № 3, июль 1997, с. 425-431.
14. P
15. P Австрия, 1990, с. 117-128.
16. Надь, A., "Крекинг в железобетонных конструкциях Благодаря Навязывание деформации", кандидатская диссертация, Отдел структурной инженерии, Университет Лунда, Лунд, Швеция, 1997, 90 с.
17. Хан, T., и Холмгрен, J., "Адгезия торкретирования к различным типам поверхностей Рок и его влияние на укрепление функции торкретирования при нанесении на жесткие шарнирные Рок", Труды 10-й Международный конгресс по механике горных пород, Монтре, Швейцария, 1979, Международного общества по механике горных пород, с. 431-439.
18. Мальмгрен, Л., Свенссон, T., "Исследование важные параметры для неармированных торкретирования как Рок поддержке в Kiirunavaara Майн, Швеции," Труды 37-й симпозиум Рок США механики Вейл, Колорадо, B. Амадей., RL Кранц. Г. А. Скотт, PH Smeallie, ред., А. А. Balkema Publishers, Роттердам, Нидерланды, 1999, с. 629-635.
19. Silfwerbrand, J., "Влияние движения индуцированных колебаний на Бонд между старым и новым Бетон", Отдел структурной механики и машиностроения, Королевский технологический институт (KTH), Стокгольм, Швеция, 1992, 78 с.
20. Мальмгрен, L., "Рок торкретирования Exposed поддержки той или иной нагрузки условия", лиценциат тезис, Департамента по гражданским и горнодобывающей техники, отдел механики горных пород, Лулео технологический университет, Лулео, Швеция, 2001, 136 с.
21. Даудинг, CH, строительство колебаний, Prentice Hall, Верховья реки седла, NJ, 1996, 610 с.
22. Пас, М., структурной динамики. Теория и расчет, 3rd Edition, ИЛ Рейнгольд, Нью-Йорк 1991, 626 с.
23. Клаф, RW, и Penzien, J., динамика структуры, 2nd Edition, McGraw-Hill, Нью-Йорк, 1993, 738 с.
Андерс Ansell является доцентом кафедры гражданского и строительной техники в Королевском технологическом институте (KTH), Стокгольм, Швеция. Он получил докторскую степень по KTH в 1999 году. Его исследовательские интересы включают конкретные структуры и системы рок укрепление подвергается вибрации и динамических нагрузок.
Структурные поведения армированных волокном Полимер-автоклавного газобетона панели
Экспериментальные и аналитические оценки Прогрессивная Крах Фактические железобетонных конструкций
Экспериментальная проверка Strut-и-Tie Метод Дизайн модели
Поведение Corroded крепления Бар
Shearwalls прочностных и деформационных из высокопрочного бетона
Упрощенный и расширенный анализ действий мембраны из бетонных плит