城市浅埋隧道爆破振动灾害机理及预测系统研究

探索浅埋隧道近区爆破振动传播机理和衰减规律，实现爆破振动的准确预测和有效控制,对保证施工安全具有重要的理论价值和现实意义。传统的爆破振动预测方法大多是建立在平坦地形条件下，没有反应地形高程的影响，而工程爆破绝大多数是在地形有起伏的场地上进行的。本课题以北京市昌平地铁隧道为工程背景，以高程条件下的爆破振动为研究对象，运用理论分析、现场实测和模型实验、数值模拟、计算机软件开发等相结合的方法，对浅埋隧道爆破振动高程放大效应机理、爆破振动预测系统的建立和投影寻踪预测模型的相对优越性能展开系统的研究。 通过项目研究，主要取得以下成果： （1）从平面射线理论、界面群效应和鞭梢效应三个角度阐述了爆破振动的高程放大效应机理，分析了爆破振动与地形高程变化之间的关系。 （2）进行了浅埋隧道爆破振动的实验研究，主要包括现场原位测试和小比例模型试验，采集相关爆破数据并进行分析、整理，研究隧道近区爆破振动的传播与衰减规律，分析了爆破振动高程放大效应产生的可能性，并将实验数据作为后续爆破振动预测和预警系统建立的依据。 （3）将投影寻踪预测理论引入爆破振动灾害预测领域，在理论分析的基础上，认识影响爆破振速峰值的控制因素；在合理定义参量的基础上，运用投影寻踪技术，结合现场收集的相关资料，模拟了爆破振动的生成与演变过程；综合实验、理论分析的研究结果，建立了爆破振动的投影寻踪回归模型，实现了爆破振动的准确预测。 （4）根据试验结果，分别采用传统的萨道夫斯基公式、萨道夫斯基拓展公式、BP神经网络和有限元数值模拟方法对爆破振速峰值进行了预测，并与投影寻踪回归模型的预测结果进行对比，得到了投影寻踪预测方法的相对优越性能。研究表明：五种预测方法中，投影寻踪回归模型预测结果最为准确，误差率仅为6.36%；数值模拟和BP神经网络次之，平均误差率分别为11.08%和12.45%，但数值模拟方法受诸多条件限制，预测结果不稳定；萨道夫斯基拓展公式和萨道夫斯基公式的预测精度较低分别为21.68%；25.32%。 （5）利用Visual Basic和Matlab联合开发了爆破振动计算机预测系统，内嵌四个模块，即可采用不同预测方法进行爆破振速的预测，还可以进行不同预测方法预测结果的对比分析，为地形起伏条件下爆破振动的安全预警提供了一种便捷的新方法。 2100433B

爆破振动对周边环境的影响已成为制约城市浅埋隧道安全施工的一项主要瓶颈，探索浅埋隧道近区爆破振动传播机理和衰减规律，实现爆破振动的准确预测和有效控制，对保证施工安全具有重要的理论价值和现实意义。本课题将对浅埋隧道爆破振动高程放大效应机理、爆破振动预测系统的建立和投影寻踪技术预测模型的相对优越性能展开系统的研究。主要包括分析地形高程与爆破地震波的内在联系，构建浅埋隧道爆破地震波传播的数理模型，研究地震波传播中的透射与反射动力学过程、频率变化规律以及能量的耗损方向，获得浅埋隧道爆破振动高程放大效应机理。在大量现场监测数据的基础上，运用投影寻踪技术，模拟振动峰值的生成与演变过程，阐明不同参量对速度峰值的影响规律，明晰爆破参数对预测结果的调控机制，建立普适性的高精度投影寻踪模型，实现爆破振动速度峰值的准确预测。同时对比分析投影寻踪模型预测法与一般预测法、波形叠加预测法的准确合理性。

摘要

本书依据大连地铁爆破施工情况，重点介绍了浅埋隧道施工工法、柱状装药爆破原理、爆破振动控制指标选择、复杂条件下浅埋隧道爆破设计及爆破安全管理问题。2100433B

水砂混合物突涌灾害是贯穿整个地下工程发展史的一种最常见也是危害最大的地质灾害。《水砂突涌灾害机理、特征及防治》在研究了大量铁路隧道围岩中水砂混合物突涌灾害事故的基础上，分析了灾害发生的主要控制因素．建立了相关的工程地质模式，进一步明确了水砂混合物突涌灾害事故的发生、发展、变化规律，并基于常见的工程技术手段，提出了行之有效的超前预报和防治治理措施。　《水砂突涌灾害机理、特征及防治》以实用为目的，以总结和推广新理论、新技术、新方法，介绍成功的工程实践经验为宗旨，既注重理论的阐述和分析，更强调理论结合实践的应用。　《水砂突涌灾害机理、特征及防治》可供从事地下工程、水文地质、工程地质、矿山安全等方面的科研和工程技术人员阅读，同时也可供高等院校相关专业师生参考。

由于气候灾害发生的成因是很复杂的，国内外还没有一个很有效的方法来准确地预测它，这主要是由于对气候灾害发生的规律和成因还没有清楚的认识。鉴于气候灾害预测的需要，国内外许多气象学家经过多年的研究，发展并设计了“海一陆一气耦合”的气候数值模式，并且把这些气候数值模式应用到实际的短期气候预测实践中，得到了一定的预测效果。在对旱涝规律与成因研究的基础上，提出了一种综合旱涝预报方法，即利用物理相关与气候数值模式相结合的方法，经过多年的预报试验，证明这是一种有发展前途的行之有效的旱涝气候灾害预测方法。例如，1991年夏在淮河流域和长江中、下游地区发生了严重的洪涝灾害，1998年夏季在长江流域以及嫩江、松花江流域发生了特大洪涝灾害，以及最近三年华北地区发生了严重干旱灾害，利用我们所提出的方法比较成功地把这些严重的旱涝区域预报出来，这说明物理相关与气候数值模式相结合的旱涝预测方法对于严重的旱涝灾害还是有一定的预报效果的。

近年来，我国华北地区发生了持续的严重的干旱现象，长江流域频繁发生洪涝灾害，在内蒙古和新疆等地，冬季时常有严重的雪灾发生，春季在我国华北、西北地区频繁出现沙尘天气或沙尘暴现象。如果要较准确地预测这些灾害的发生，就必须搞清这些气候灾害发生的规律与成因。这不仅需要通过大量的观测把全球气候系统各子系统的相互作用搞清楚，而且还应利用数学、物理学的最新成果，把气候系统的各圈层相互作用的物理、化学、水文和生物过程用数值模式表示出来，再利用巨型计算机通过这些模式的计算来模拟气候系统的季度、年际、年代际变化。在这些研究的基础上，经过大量的预测试验，才能够利用这些气候数值模式来预测上述气候灾害的发生。因此，要比较准确地预测气候灾害的发生还需漫长而大量的研究。 2100433B