.z中國(guó)礦業(yè)大學(xué)()科研選題訓(xùn)練選題報(bào)告書(shū)〔試行〕課題名稱(chēng)：爆破荷載作用下的地下構(gòu)造動(dòng)力響應(yīng)研究課題完成人員：趙勇馬冬旭曹增榮陶凱欒騏屹所在學(xué)院：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)〔〕 專(zhuān)業(yè)年級(jí)：土木工程2012-2聯(lián)系：:562605328qq.指導(dǎo)教師:李清填表日期：2013年12月一、根本信息課題信息課題名稱(chēng)爆破荷載作用下的地下構(gòu)造動(dòng)力響應(yīng)研究課題來(lái)源□縱向課題，□橫向課題，□√其他課題性質(zhì)□開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)，□√根底性研究，□應(yīng)用性研究，□社會(huì)調(diào)研選題*圍國(guó)家自然科學(xué)基金中的子課題課題完成人員課題組長(zhǎng)**趙勇所在學(xué)院力建學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)土木2012-2簽名課題組成員**所在學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)簽名馬冬旭力建學(xué)院土木12-2曹增榮力建學(xué)院土木12-2陶凱力建學(xué)院土木12-2欒騏屹力建學(xué)院土木12-2指導(dǎo)教師**職稱(chēng)單位李清教授力建學(xué)院二、課題背景所選課題的依據(jù)、現(xiàn)狀分析及開(kāi)展趨向?qū)τ谡n題研究的提出，是由于近些年來(lái)，地下空間的開(kāi)發(fā)已成為國(guó)家根底建立的一項(xiàng)重要組成局部。在城市地鐵、地下商業(yè)空間等各類(lèi)構(gòu)造中，為預(yù)防各種生產(chǎn)事故或恐懼襲擊所造成的意外爆炸，地下構(gòu)造應(yīng)有足夠的抗爆能力，因而研究地下構(gòu)造遭受各種內(nèi)部爆炸沖擊下的動(dòng)力響應(yīng)，對(duì)地下工程的設(shè)計(jì)、施工及抗爆研究都有著重要的理論意義和工程價(jià)值。而且隨著城市地下空間開(kāi)發(fā)利用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地下建立也得到迅速開(kāi)展,帶有大型地下室(或人防)的建筑構(gòu)造在城市中心區(qū)域大量增加。地下空間是一個(gè)城市空間不可別離的組成,它可以吸收和容納相當(dāng)一局部的城市功能和城市活動(dòng),使城市獲得更大的活力和開(kāi)展?jié)摿┠陙?lái),與此同時(shí)爆破對(duì)此類(lèi)構(gòu)造整體影響較大。隨著工程爆破技術(shù)的成熟和開(kāi)展以及其帶來(lái)的顯著經(jīng)濟(jì)效益,城市高層建筑的巖石地基開(kāi)挖，大型水電站的建立施工，其它地下構(gòu)造的建立以及各種撤除工程中爆破技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。爆破法帶來(lái)高經(jīng)濟(jì)效益,工程爆破事業(yè)在蓬勃開(kāi)展的同時(shí),也存在諸多問(wèn)題,有時(shí)引起構(gòu)造不同程度的損傷,甚至出現(xiàn)構(gòu)造破壞的嚴(yán)重后果,引發(fā)各種民事糾紛。因此,對(duì)于爆破地震效應(yīng)的研究以及爆破平安控制方面的課題受到廣泛的關(guān)注。近年來(lái)，大批的國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞各類(lèi)建筑物的抗爆防爆問(wèn)題進(jìn)展了深入系統(tǒng)的研究。其中Woznica和Hao等學(xué)者對(duì)各類(lèi)型平板構(gòu)件遭受爆炸荷載沖擊的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)展了相關(guān)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。地下工程所處的環(huán)境條件和地面截然不同，設(shè)計(jì)理論并不成熟，尤其是動(dòng)載荷，長(zhǎng)期以來(lái)一直采用的是經(jīng)歷的放大系數(shù)法，因此，人們一直致力于尋求解決地下工程尤其是動(dòng)力問(wèn)題的理論與設(shè)計(jì)方法。對(duì)于爆炸荷載作用下所有構(gòu)造的設(shè)計(jì)和分析問(wèn)題，必須要考慮構(gòu)造的結(jié)實(shí)性，以確定構(gòu)造在各種爆炸荷載作用下是否可靠，構(gòu)造上的荷載與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是相互依賴(lài)的，因此，在確定構(gòu)造的荷載和運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須考慮構(gòu)造與周?chē)橘|(zhì)之間的相互作用規(guī)律，其會(huì)影響構(gòu)造的破壞模式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此作了大量的研究，取得了有意義的研究成果，美國(guó)在20世紀(jì)70年代就開(kāi)場(chǎng)進(jìn)展大量的鋼筋混凝土構(gòu)造抗爆現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)，到了淺埋結(jié)構(gòu)的破壞模式，國(guó)內(nèi)解放軍理工大學(xué)的方秦教授清華大學(xué)的陳肇元教授也對(duì)沖擊和爆炸荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)件和淺埋構(gòu)造動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)展了系統(tǒng)研究，李忠獻(xiàn)、田力等專(zhuān)家學(xué)者對(duì)諸如混凝土、磚石等各種材質(zhì)的墻體進(jìn)展了抗爆響應(yīng)的試驗(yàn)及數(shù)值模擬分析,華南大學(xué)的魏德敏教授對(duì)于沖擊荷載作用下的拱形構(gòu)造的動(dòng)力響應(yīng)和動(dòng)力屈曲進(jìn)展了系統(tǒng)研究。地下室和地基根底與上部構(gòu)造協(xié)同工作是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題,且本文又對(duì)具體情況作了相應(yīng)的簡(jiǎn)化,因此所得的計(jì)算結(jié)果可能會(huì)與實(shí)際情況有差異。具體的開(kāi)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：1.雖然對(duì)爆破作用下地下室和地基根底與上部構(gòu)造協(xié)同工作框架構(gòu)造體系的動(dòng)力反響做了分析比較和理論研究,但是由于土木建筑工程量大面廣,建筑構(gòu)造形式多種多樣,因此對(duì)各種地基根底與各種上部構(gòu)造的協(xié)同工作體系在爆破作用下的動(dòng)力反響有待全面系統(tǒng)的研究和比較。2.爆破的產(chǎn)生過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)和力學(xué)過(guò)程,炸藥在爆炸的瞬間與孔壁的沖擊作用是一個(gè)復(fù)雜的接觸過(guò)程，用有限元方法中的接觸單元來(lái)模擬這一過(guò)程是一個(gè)很有潛力的方法。3.由于爆破具有不可恢復(fù)性,因此,人工模擬爆破的方法有很大的應(yīng)用前景，但是目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看,對(duì)人工模擬爆破地震波的技術(shù)還不夠完善,對(duì)于爆破的頻譜特性的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，還有待繼續(xù)研究開(kāi)展。4.構(gòu)造的相互作用研究缺乏能廣泛適用的本構(gòu)關(guān)系及準(zhǔn)確的材料參數(shù),其相互作用存在很多不確定性,影響因素很多,具有強(qiáng)非線(xiàn)性特點(diǎn)，對(duì)地下構(gòu)造的初始應(yīng)力狀態(tài)需進(jìn)展探討,特別是非線(xiàn)性條件下,進(jìn)展地下構(gòu)造施工過(guò)程模擬,以便更好地指導(dǎo)實(shí)際工作。三、課題內(nèi)容和意義1.課題的主要內(nèi)容本次課題研究的主要內(nèi)容包括爆破荷載的產(chǎn)生機(jī)理、地下根底與上部構(gòu)造共同工作體系和動(dòng)力分析的根本理論及模型建立、爆破荷載的模擬研究三個(gè)方面，以到達(dá)對(duì)爆破荷載作用下的地下構(gòu)造進(jìn)展應(yīng)用，并對(duì)爆破作用機(jī)理進(jìn)展進(jìn)一步分析的目的。具體內(nèi)容如下：1.爆破荷載的產(chǎn)生機(jī)理：本研究工程的理論依據(jù)主要包括分析爆破荷載的形成及種類(lèi)；研究計(jì)算爆破的相關(guān)參數(shù)；以及對(duì)爆破荷載的影響因素進(jìn)展整理總結(jié)，將這些用于實(shí)踐進(jìn)展研究；2.地下根底與上部構(gòu)造共同工作體系動(dòng)力分析的根本理論及模型建立：本研究工程是在地下根底與上部構(gòu)造共同工作體系力學(xué)模型的根底上，研究在爆破荷載力的作用根底上，并運(yùn)用動(dòng)力分析的根本理論及模型建立，探索不同爆破沖擊能量和沖擊速度對(duì)荷載作用下的地下構(gòu)造的受力狀態(tài)的影響。并同時(shí)比較不同振動(dòng)條件下構(gòu)造反映的比較受到一樣沖擊荷載作用時(shí)構(gòu)造本身受力狀態(tài)的異同點(diǎn)，明確地下構(gòu)造在荷載作用力下的防沖抗爆特性；3.爆破荷載的模擬：本研究工程最后主要就爆破荷載進(jìn)展模擬并分析，通過(guò)組建爆破荷載的模型，推導(dǎo)構(gòu)造動(dòng)力方程和平衡方程及動(dòng)力計(jì)算模型來(lái)實(shí)現(xiàn)該工程。建立動(dòng)力計(jì)算模型；簡(jiǎn)化求解；簡(jiǎn)化爆破荷載的模擬；不同振動(dòng)條件下構(gòu)造反映的比較，并將這些模擬得出的理論進(jìn)展應(yīng)用。2.課題的意義本次課題研究的意義：隨著空間開(kāi)發(fā)利用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地下構(gòu)造建立也得到迅速開(kāi)展，帶有大型地下室(或人防)的建筑構(gòu)造在城市中心區(qū)域大量增加，現(xiàn)有的大批人防工程，不再僅僅是戰(zhàn)備工程，同時(shí)還具有多種多樣的平時(shí)使用功能，產(chǎn)生了十清楚顯的戰(zhàn)備效益，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但于此同時(shí)爆破對(duì)此類(lèi)構(gòu)造整體影響的研究所見(jiàn)不多，因此有必要對(duì)其進(jìn)展近一步研究。四、參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn)：〔15篇左右近年出版的參考文獻(xiàn)〕【1】陳巍：爆破對(duì)構(gòu)造的影響分析〔碩士學(xué)位論文〕2007年12月【2】侯學(xué)淵,馬忠政：我國(guó)地下空間開(kāi)發(fā)利用技術(shù)的開(kāi)展【3】馮好濤，龐永師：淺談我國(guó)地下空間現(xiàn)狀與開(kāi)展前景2009年10月【4】童林旭:地下空間與城市現(xiàn)代化開(kāi)展2005年【5】鐘國(guó)平：大城市地下空間的利用現(xiàn)狀及前景分析地下空間與工程學(xué)報(bào),2006【6】*惠香，許金余，李慶：爆炸荷載作用下地下構(gòu)造破壞模式研究2011年【7】美國(guó)空軍防護(hù)構(gòu)造設(shè)計(jì)與分析手冊(cè)【8】陳肇元：防護(hù)工程鋼筋混凝土構(gòu)件的抗剪性能與設(shè)計(jì)方法1994年【9】方秦：爆炸荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)造的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與破壞模式的數(shù)值分析2007年【10】*永來(lái),楊林德：地下構(gòu)造震害與防治對(duì)策1999年2月【11】*永哲：爆破地震波傳播特性研究爆破2000年7月【12】錢(qián)七虎：建立節(jié)約型社會(huì)必須充分開(kāi)發(fā)利用地下空間2006年8月【13】*巍，葉少帥，*利國(guó)：城市地下空間開(kāi)發(fā)利用管理法規(guī)體系地下空間與工程學(xué)報(bào)2005年4月【14】任紅梅，林皋：基于sBFEM的地下構(gòu)造抗震分析**建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2005年【15】*雪亮，王樹(shù)堂：爆破地震效應(yīng)地震工程1981年【16】陶龍光，巴肇倫：城市地下工程科學(xué)1996年五、對(duì)課題的