爆炸作用下冻结管振动响应规律研究

种玉配¹，张帅军¹，白中坤¹，东兆星²，齐燕军³

1. 中铁隧道局集团有限公司勘察设计研究院2. 中国矿业大学力学与土木工程学院3. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

摘 要：为了保证井筒冻结基岩段爆破掘进施工不致冻结管发生断裂,冻结井筒安全施工,对爆炸作用下冻结管的振动响应规律进行了研究。通过对爆炸应力波的近似简化和坐标变换,获得了纵波在冻结管周围发生散射时冻结管的应力场和位移场的复数形式。通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同温度下（-10℃、-15℃、-20℃和-30℃）冻结管对爆炸作用的振动响应规律进行数值模拟研究,以不同时刻下冻结管的压力云图和速度云图,以及冻结管的应力和速度随着温度的变化曲线分析冻结管对爆炸作用的振动响应规律。数值模拟结果表明:随着温度不断降低,冻结管的最大拉应力、最大压应力、径向振动速度和切向振动速度均不断降低;冻结管的最大拉应力大于最大压应力,径向振动速度大于切向振动速度。因此,可将冻结管的最大拉应力和径向振动速度作为井筒冻结基岩段爆破掘进施工的安全控制依据。此结论为现场冻结方案和爆破方案设计与实施提供依据。

关键词：冻结管;振动响应;坐标变换;最大拉应力;径向振动速度;