爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析方法及系统与流程

本发明涉及爆炸加载，尤其涉及一种爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析方法及系统。

背景技术：

1、核爆炸根据爆炸当量、爆炸相对于地面、水面的位置，爆炸方式分为空中核爆炸、高空核爆炸、地面核爆炸、地下核爆炸和水下核爆炸等五种，地下核爆炸属于其中一种。地下核爆炸是指地面以下一定深度的核爆炸。按比深不同可分为浅层地下核爆炸和封闭式地下核爆炸。

2、浅层地下核爆炸，又称为“接触爆炸”，其主要力学效应为形成弹坑和土石介质中的冲击波，冲击波衰减成压缩波和地表波，引起强烈的地运动；封闭式地下核爆炸，简称为“封闭爆炸”，其主要是在爆点周围形成空腔，并在周围介质中传播冲击波、压缩波和地震波。对封闭爆炸时，会形成非弹性区和弹性区，非弹性区包括爆炸空腔、汽化区、液化区、破碎区以及裂纹区，裂纹区之外为弹性区。

3、爆炸地震波产生的动力荷载决定着深埋土中建筑物的稳定性，在评价地下爆炸岩体的稳定性及地下结构稳定性时，尤其是地下战略防护建造选址、设计及施工非常有必须考虑分析隧道的动力响应，隧道的动力响应即在外荷载作用下，岩石向结构方向移动，引起结构的变形，并产生相应的抗力。如何分析爆炸地震波作用下地下结构的动力响应，对深地下工程构筑的实现具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析方法及系统。

2、本发明的一个方面，提供了一种爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析方法，所述方法包括：

3、构建目标地下结构的结构模型；

4、采用集中质量法将所述结构模型划分成有限数量自由度的离散体系；

5、对所述离散体系采用矩阵分析算法分析在爆炸地震波作用下所述目标地下结构的动力响应参数。

6、进一步地，所述结构模型包括岩土介质、弹性垫层和钢筋混凝土框架三个相互作用的部分，所述弹性垫层和钢筋混凝土框架组成衬砌结构。

7、进一步地，所述对所述离散体系采用矩阵分析算法分析在爆炸地震波作用下所述目标地下结构的动力响应参数，包括：

8、采用矩阵分析算法分析将爆炸地震波通过岩土介质对衬砌结构的作用当作动载荷时衬砌结构的内力和变形。

9、进一步地，所述采用矩阵分析算法分析将爆炸地震波通过岩土介质对衬砌结构的作用当作动载荷时衬砌结构的内力和变形包括：

10、采用集中质量体系形式构建动力响应矩阵模型，所述动力响应矩阵模型如下：

11、

12、其中：p＝{pi}26为动载荷的列向量；m＝[mij]26×26为集中质量的对角线矩阵；f＝[fij]26×26为集中质量的单位位移矩阵；c为阻尼矩阵，y＝{yi}26，分别为集中质量的位移、速度和加速度向量，26为划分的离散体系的数量。

13、进一步地，所述方法还包括：

14、根据每一个作用到离散体系的波k的列矩阵的总和形式加以确定动载荷的列向量p：

15、

16、其中n为计算中同时考虑的波的数量；

17、每一个向量元素pk＝{pik}26由下式确定：

18、

19、向量是第k个波作用在结构集中质量上的集中动载荷的最大值，向量fk＝{fik}26的各个元素代表第k个波产生的动载荷随时间变化的规律；

20、其中，根据目标地下结构的集中质量及与其相连的土壤质量的总和确定集中质量的对角线矩阵；

21、其中，阻尼矩阵表示为：

22、c＝α0m+α1k

23、式中：α0,α1均为比例系数；k为结构刚度矩阵；m为集中质量的对角线矩阵。

24、本发明的另一个方面，提供了一种爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析系统，所述系统包括用于实现如上所述的爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析方法的功能模块。

25、本发明实施例提供的爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析方法及系统，通过构建目标地下结构的结构模型，采用集中质量法将所述结构模型划分成有限数量自由度的离散体系；对所述离散体系采用矩阵分析算法分析在爆炸地震波作用下所述目标地下结构的动力响应参数，本发明将外荷载转化为节点上的等效荷载，然后采用矩阵分析的方法计算地下结构的内力和变形，不仅分析结果可信，且能够快速实现爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析。

26、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结构模型包括岩土介质、弹性垫层和钢筋混凝土框架三个相互作用的部分，所述弹性垫层和钢筋混凝土框架组成衬砌结构。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述离散体系采用矩阵分析算法分析在爆炸地震波作用下所述目标地下结构的动力响应参数，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用矩阵分析算法分析将爆炸地震波通过岩土介质对衬砌结构的作用当作动载荷时衬砌结构的内力和变形包括：

5.所述根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.一种爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析系统，其特征在于，所述系统包括用于实现如权利要求1-5任一项所述的爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析方法的功能模块。

技术总结
本发明提供了一种爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析方法及系统，该方法包括：构建目标地下结构的结构模型；采用集中质量法将所述结构模型划分成有限数量自由度的离散体系；对所述离散体系采用矩阵分析算法分析在爆炸地震波作用下所述目标地下结构的动力响应参数。本发明能够将地下结构离散为有限个在端点互相连接的偏心受压等直杆单元，并把围岩对地下结构的弹性抗力用一系列和地下结构单元节点相连接的弹性链杆来代替，同时将外荷载转化为节点上的等效荷载，然后采用矩阵分析的方法计算地下结构的内力和变形，不仅分析结果可信，且能够快速实现爆炸地震波作用下地下结构动力响应分析。

技术研发人员：吴红晓,李杰,王振,郑际镜,史志杰,曹杰,赵雪川
受保护的技术使用者：中国人民解放军火箭军工程设计研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12