以赣深高铁一级风险隧道——伯公坳1号隧道为背景，研究新建隧道爆破施工时，近接既有隧道衬砌结构的动力响应。采用Ansys/Lsdyna有限元软件建立试验段数值模型，将现场实测振速与模型计算振速作对比，反演围岩介质参数，验证了数值模拟的可靠性。以试验段参数为基础，进一步构建了两隧道交叉段的数值模型，由此分析交叉段既有隧道衬砌结构的振动衰减规律，提出交叉点处最不利工况的减振措施。研究结果表明：既有隧道拱顶振速最大，底板振速最小; 交叉点前后方30 m范围内，拱顶振速约为迎爆侧边墙振速的2.0～2.3倍，1.6 cm/s的控制振速是针对既有隧道全断面而言的，因此其边墙部位的监测预警值应取为0.8 cm/s; 掏槽孔反向起爆时，大部分的爆炸能量向未开挖区域传递，所以既有隧道对应于新建隧道已开挖区域的振速衰减速率比未开挖区域的要大; 试验段的爆破方案不再适用于交叉影响段，在将进尺缩短至1.0 m，掏槽孔药量减小至9.86 kg后，能够在兼顾工效和爆破影响的前提下，将既有隧道二衬振速控制在安全标准以内。

高层框架结构楼房不同部位单根立柱失效条件下楼房的变形能力、加速度响应和荷载传递等动力响应特征是本研究的重点。首先, 依据《混凝土结构设计规范》(GB50010), 采用PKPM设计软件建立了一个4×6跨的8层钢筋混凝土框架结构模型; 其次, 基于构件拆除法, 应用有限元软件SAP2000非线性动力分析方法计算了一楼中心柱、长边中柱、短边中柱、角柱等不同部位单根立柱失效条件下框架结构的动力响应特征。研究结果表明：四种立柱失效条件下, 其塑性转角均小于6°, 结构不会发生倒塌, 中心立柱失效时结构稳定性最差, 发生连续倒塌的概率相对最大, 短边中柱和长边中柱次之, 角柱概率最小; 中心柱失效条件下楼房荷载对剩余结构的动力冲击作用影响最为显著, 其负向最大值加速度大约是短边中柱和长边中柱的2倍, 可达3 g左右; 不同部位立柱失效后, 荷载将重新分布, 其轴力由紧邻的柱承担, 而上方梁的受力形式也从受弯转变为受拉, 发生悬链线效应, 在中心柱失效工况下, 相邻的各柱轴力增加了近20%。

爆破等动力扰动散射产生动应力集中是导致地下结构发生失稳破坏的重要因素。基于波函数展开法建立了平面P波入射下深埋管道的理论模型, 引入傅里叶变换和Duhamel积分方法求解了深埋圆形输水管道周围的瞬态响应, 分析了波长对瞬态响应的影响。考虑到地应力是深部结构失稳不可忽略的因素, 而含初始应力的动力学方程无法有效解耦, 因此借助LS-DYNA有限元软件建立数值模型, 分析了初始应力作用下深埋管道的动力响应机制。研究结果表明: 短波入射产生的压应力集中更大, 长波入射导致的拉应力集中更大, 沿入射方向极易出现拉应力集中。在初始应力的作用下, 侧压系数越大, 对动态应力集中响应的抑制作用愈发明显; 另外, 处于初始应力状态下的管道及周围岩体在受到动态冲击时, 应力状态会发生较为剧烈的波动。这些研究现象揭示了地下管道的动态响应机制以及地应力环境产生的影响, 对深部地下结构的抗震优化设计具有借鉴和指导意义。

为探究多次爆破振动下陡边坡的动力响应规律及其稳定性, 以内蒙古某露天矿山陡边坡为工程背景, 采用现场监测、数值模拟、数学方法等对多次爆破载荷加载下陡边坡的位移、应力、最大剪切应变、安全系数变化规律及敏感性等进行分析。结果表明: 振速数据拟合后, 水平径向振速拟合度最高, 三向振速拟合结果的相关系数均大于0.8, 且该预测结果在爆破中近区相对误差较大, 爆破远区相对误差较小; 单次爆破工况下, 水平方向上, 炸药起爆后, 位移迅速增大并向炮孔孔壁水平位置扩展, 炮孔右侧位移在0.05 s时达到最大值, 应力呈现由上至下逐渐增大的趋势且坡脚易形成应力集中现象, 垂直方向上, 炮孔附近位移最大, 边坡整体应力分布呈现由坡面至边坡内部逐渐增大的趋势; 边坡经多次爆破后, 总体位移随爆破次数的增加而持续增长, 水平应力总体趋势为随爆破次数的增加而逐渐增, 垂直应力的峰值随爆破次数的增加总体呈震荡状态, 加速度随每次爆破冲击的作用呈持续震荡的现象, 且爆破结束后一段时间内加速度仍不为0, 爆破能量完全消散需要较长的时间; 多次爆破振动会在一定程度上持续降低边坡的安全系数, 随着爆破试验次数增加, 边坡安全系数的变化率逐步递增; 利用安全系数-正交试验灰色关联耦合分析得出, 各因素敏感性大小为: 单响装药量(X5)>总炸药量(X6)>炮孔孔距(X3)>爆距(X2)>爆破振动时间(X4)>炮孔数(X1), 表明在实际施工中, 要控制单响装药量及总炸药量, 以保证安全生产。

高大建(构)筑物爆破拆除产生的冲击振动可能会影响邻近地铁隧道的安全服役。论文依托距离地铁隧道仅6.5 m的24层框架结构楼房爆破拆除工程, 首先开展了楼房对应区域地铁隧道的振动与动应变现场测试与分析, 其次应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了适于描述楼房爆破拆除塌落体触地冲击的地铁隧道结构动力响应三维有限元计算模型, 模拟了塌落冲击作用下隧道结构的振动响应特征与动应力变化情况, 并与现场实测结果对比分析。研究结果表明: 承重立柱钻孔爆破引起的地铁隧道内质点振动速度峰值(8.61 mm/s)大于楼房切口闭合触地冲击引起的质点振动速度峰值(4.95 mm/s), 爆破振动主频为100 Hz左右, 塌落冲击振动主频为2 Hz左右, 塌落冲击荷载作用下的地铁隧道振动速度与Ⅲ级地震烈度引起的结构振动相当(3.82~8.19 mm/s); 楼房切口闭合时的低频塌落冲击振动会使地铁隧道管片产生较为明显的附加动应力, 管片环向产生4 MPa左右的动态压应力, 轴向和切向产生0.4 MPa左右的动态拉应力; 受动态拉压循环冲击作用, 管片结构若存在内部损伤或施工缺陷, 可能会出现既有裂缝扩大或层裂剥落现象; 现行《爆破安全规程》(GB6722-2014)确定的f<10 Hz时的10~12 cm/s安全允许质点振动速度值偏于危险, 应结合频率特性与动态应变特征进行调整。论文可为塌落冲击作用下地铁隧道的安全评价与安全防护提供参考。

钢筋混凝土短梁是建构筑物的关键承力构件, 为研究其在冲击荷载作用下的动力响应及破坏机制, 结合应变式传感器、高速摄影、数字图像技术(DIC)等测量手段, 开展了不同冲击体质量、冲击速度和冲击能量下的落锤冲击试验。结果表明: (1)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁破坏形式表现为拱形震坍裂缝和整体弯曲变形, 与浅梁破坏形式有明显差异; (2)钢筋混凝土短梁跨中轴向应变由拉应变转为压应变, 随着冲击能量增加(18 061 J≤E≤49 831 J), 跨中轴向峰值拉应变、残余压应变均先增大后减小, 钢筋混凝土短梁依次处于弹塑性挠曲变形、冲剪破坏模式阶段; (3)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁的裂缝萌生和扩展过程并不是单向的, 裂缝多次多向扩展形成裂缝带, 进而形成塑性铰, 导致短梁整体破坏; (4) 梁体变形程度主要取决于冲击速度而非冲击能量, 具体表现相同冲击能量(30 000 J)下, 随着冲击速度增加(5.53 m/s≤v≤7.13 m/s), 梁体跨中峰值挠度和残余挠度相应增大(26.81 mm≤wp≤29.85 mm; 17.12 mm≤wr≤21.66 mm)。研究成果可为钢筋混凝土短梁的抗冲击性能设计、拆除爆破工程设计提供试验依据和机制认识。

城市地下空间掘进爆破过程中冲击载荷对爆源近区的埋地输气管道的影响作为工程施工中的主要安全问题已被广泛关注。以某一具体施工案例为背景，采用动力有限元软件LS-DYNA建立了土体-管道-岩石流固耦合模型。对δ=0.02 m、0.04 m、0.06 m、0.08 m的4种不同壁厚条件下管道的迎-背爆面有效应力和振动合速度分布规律进行了分析；同时基于管土耦合模型，进一步研究了爆破振动速度峰值由爆源传至管道迎爆面、背爆面和地表三个关键位置时的衰减情况。结果表明:随着管道壁厚的增加，管壁质点的有效应力、振动合速度都呈现出非线性衰减规律，管道背爆面局部应力峰值数值明显高于迎爆面，而迎爆面振动合速度明显高于背爆面。当管壁厚度增量为Δδ=0.02 m时，迎爆面和背爆面有效应力峰值衰减率分别为κ1=25.2%、19.2%、10.7%和κ2=50%、25%、13.3%。4种不同壁厚条件下迎-背爆面和背爆面-地表质点峰值振动速度平均衰减率分别为η1=24.6%、18.96%、15.04%、14.78%和η2=73.46%、69.4%、66.52%、63.6%，而衰减系数α的变化明显小于衰减率。故对于存在管道的这种非均匀地质条件振动速度预测采用萨道夫斯基公式已不再准确，需要对该公式进行修正使用。

为研究多因素影响下大跨度地下硐室的抗爆稳定性，以模型试验为基础，利用FLAC3D软件进行模拟，并改变爆炸强度、爆源位置、硐室跨度等参数，获得了不同条件下硐室围岩及衬砌结构应力、位移以及塑性区的变化规律。研究表明：爆炸施加之后，应力波自爆心呈球面向四周传播，传播过程中强度快速衰减，传播到地表和硐室自由面处发生反射，反射拉伸波使附近围岩受拉屈服，产生“层裂”现象，硐室两侧出现“八字形”裂纹；爆炸强度增加后，测点应力值及拱顶变形量增加，硐室上方的受拉区域及塑性区变大，甚至会连成一片，此时硐室可能会塌落；硐室跨度增加后，各测点应力值变化较小，拱顶变形量显著增加，抗爆性能变差；相同的爆炸强度下，顶爆作用的破坏效应最严重，爆源越偏离硐室，测点应力值、硐室变形及塑性区越小。增加硐室埋深、进行地表伪装可减轻爆炸破坏效应，加大衬砌结构强度、对拱顶拱脚进行锚固可增强硐室稳定性。该研究可为地下工程的设计和防护提供一定的借鉴。

为了研究混凝土大坝在水下爆炸冲击荷载作用下的应力分布和动力响应，利用ANSYS/LS-DYNA软件建立大坝结构爆炸数值分析模型，包括炸药、水介质、空气介质、坝体混凝土、岩石五个部分。选取底宽60 m、高85 m的大坝作为研究对象，考虑爆炸荷载作用下混凝土大变形和高应变的影响，采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型模拟坝体混凝土的损伤破坏和塑性变形，研究了不考虑重力和考虑重力的两种模型条件下可能的破坏模式和破坏机理。数值模拟得到爆炸后大坝的应力分布，进而选取4个典型位置点研究其位移时程和压强时程。研究表明：爆炸初始产生的缺口是冲击波扩散的起点，冲击波会发生多次反射，爆炸初始时最大应力可超过50 MPa，之后在10~30 MPa之间震荡。各个典型位置均在第1次反射时达到最大峰值压力，可将第1个反射压力作为弧面板的爆炸冲击荷载; 最大von Mises应力出现在爆源附近的缺口以及坝坡转角等易发生应力集中处; 典型位置的位移与距离炸药位置呈负相关; 重力产生的位移和压力对爆炸响应起抵抗作用，但最大von Mises应力无显著区别。

为更好的进行城市管廊结构抗爆优化设计, 深入研究管廊燃气爆炸动态响应特性极为必要。利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA, 建立管廊结构的有限元计算模型, 采用等效内能法模拟燃气爆炸荷载, 研究燃气爆炸激发冲击波传播衰减规律及其对管廊结构的动态响应规律, 分析管廊结构破坏和反应特征。结果表明: 燃气爆炸冲击波随传播距离的增加, 峰值压力逐渐降低, 同时超压持续作用时间逐渐变短。冲击波在受限空间壁面的反射叠加造成其峰值压力在传播后期呈现略微增加趋势, 但整体上以多项式形式衰减。爆炸损伤部位主要集中在燃气仓墙角或结构突变位置, 燃气仓顶部设置泄压口, 可有效避免上部通行仓混凝土的损伤破坏效应。管廊结构墙角处刚度较大导致其振动响应程度较弱, 而墙面中部区域节点振动合速度可达到0.4 m/s。满仓燃气爆炸工况下, 管廊结构局部混凝土产生贯穿裂纹, 但并未出现整体结构性损坏。