高密度聚乙烯波紋管爆破振動動力響應(yīng)尺寸效應(yīng)

胡宗耀，蔣 楠，周傳波，姚穎康，羅學(xué)東，張玉琦

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院，湖北武漢 430074；2.江漢大學(xué)工程爆破湖北省重點實驗室，湖北武漢 430024）

引言

高密度聚乙烯（high-density polyethylene，以下簡稱HDPE）管材由于其強度高、耐高溫、抗腐蝕、無毒、耐磨等特點，以及相對于普通鐵管、鋼管更低的成本，目前被廣泛應(yīng)用于城市地下管道的燃?xì)膺\輸與給排水中。同時，爆破作為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要施工方式，其施工過程產(chǎn)生的地震荷載導(dǎo)致埋地管道的失效問題日益凸顯。HDPE 管道作為目前廣泛采用的新型城市埋地管道，其在爆破振動作用下的動力響應(yīng)特性還有待明晰。因此，研究爆破振動作用下HDPE 管道的動力特性，提出爆破施工安全控制標(biāo)準(zhǔn)，對安全有效地指導(dǎo)城市基礎(chǔ)工程的建設(shè)具有重要意義。

目前，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者針對爆破振動作用下臨近管道的振動效應(yīng)做了大量研究［1-3］，鐘冬望等［4］通過現(xiàn)場模型試驗得到爆炸荷載下高飽和黏土中PE管道的動力響應(yīng)。朱斌等［5］通過燃?xì)夤艿赖默F(xiàn)場爆破試驗，研究管道及其上方地表土體的振動特點與應(yīng)變特征，并計算得出管道允許應(yīng)變和地表安全控制振速。除現(xiàn)場試驗外，還有學(xué)者通過數(shù)值模擬的方法來研究埋地管道的動力響應(yīng)［6-8］。高壇等［9］通過ANSYS/LS-DYNA 有限元軟件分析了爆破作用下鄰近污水管的動力響應(yīng)規(guī)律和振動速度閾值。Jiang 等［10］通過現(xiàn)場監(jiān)測和ANSYS/LS-DYNA 相結(jié)合的方法研究了下穿隧道爆破時燃?xì)夤艿赖膭恿憫?yīng)。Wu 等［11］通過ABAQUS 軟件模擬了開挖荷載靜力作用下HDPE 管道的應(yīng)力應(yīng)變特性。綜合分析已有研究成果可知，爆破振動作用下埋地管道的動力響應(yīng)主要通過現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬的方法進行研究，研究對象大多是鑄鐵、混凝土管道等光滑管道，對HDPE 波紋管這類結(jié)構(gòu)特殊的管道鮮有研究。另外，實際生活中的埋地HDPE 管道因需求不同而具有不同的尺寸，不同尺寸的管道的響應(yīng)是有區(qū)別的［12］，故控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該也不同。但對于爆破振動下不同管道尺寸的HDPE 管道的動力響應(yīng)特性研究目前較少。

因此，本文以當(dāng)前武漢市城區(qū)典型土層中埋置的HDPE 排水管道系統(tǒng)為研究背景，針對性地開展了全尺寸預(yù)埋HDPE 波紋管的管道爆破振動效應(yīng)研究的現(xiàn)場試驗，并結(jié)合ANSYS-LSDYNA 有限元數(shù)值計算模型，對現(xiàn)場試驗進行驗證及補充研究，對不同尺寸的HDPE 波紋管道進行爆破振動作用下的數(shù)值模擬，分析不同管道尺寸對管道振動速度和管道內(nèi)應(yīng)力的影響，并通過理論計算分析提出了HDPE 波紋管爆破振動安全控制標(biāo)準(zhǔn)，為指導(dǎo)實際爆破施工提供理論依據(jù)。

1 管道現(xiàn)場爆破試驗

1.1 爆破試驗方案設(shè)計

根據(jù)武漢市部分城區(qū)的地質(zhì)勘察資料以及工程概況［13-15］，武漢市為典型的土巖二元地層結(jié)構(gòu)，即上部地層為黏性土、淤泥質(zhì)土；下部地層為砂巖、砂礫巖等巖層。且根據(jù)調(diào)查，武漢市的埋地HDPE 波紋管道多埋置于深度約1～3 m 的粉質(zhì)黏土地層，管道直徑DN100～DN2600 mm 不等。為確保試驗場地條件與所需研究情況一致，并考慮到武漢市管道鄰近爆破工程場地相關(guān)特點，最終選取了位于武漢市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)硃山路與硃山一路交匯處的一處爆炸荷載與振動作用下埋地管道動態(tài)響應(yīng)和防護技術(shù)試驗場作為現(xiàn)場試驗場地。該場地爆破區(qū)域長約100 m，寬約60 m。通過在場地預(yù)埋所研究的HDPE 管段，并在沿管道垂直平分線前后方不同位置處放置炸藥進行爆破，來模擬不同工況下的爆破荷載對管道的影響，如圖1所示。本試驗中的管道選用外徑D=88 cm，內(nèi)徑d=80 cm，壁厚1 cm 的HDPE 波紋管。其中，波紋管外波紋高3 cm，波峰寬5 cm，波峰間距3 cm，單段管道長為6 m。

圖1 現(xiàn)場試驗設(shè)計圖Fig.1 Design drawing of field experiment site

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該爆破區(qū)域巖土層上部為粉質(zhì)黏土，厚度為2～4 m，下部為強風(fēng)化粉質(zhì)砂巖，厚度為8～10 m。其土體參數(shù)如表1所示。因目前武漢市的埋地HDPE 波紋管道多埋置于深度約1～3 m 的粉質(zhì)黏土地層，故本實驗將研究的單段HDPE 管段埋置于場地中條件較好的粉質(zhì)黏土層中，管道埋深（管道頂部至地面）約2.0 m，管道內(nèi)不做任何處理，僅研究空管狀態(tài)的管道在爆炸荷載作用下的動力響應(yīng)問題。試驗中炮孔直徑90 mm，利用2#巖石乳化炸藥和非電導(dǎo)爆雷管爆破。藥卷直徑70 mm，長度350 mm，單孔裝藥量定為8 kg，采用集中裝藥，使裝藥長度遠(yuǎn)小于堵塞長度，以充分滿足工程爆破時產(chǎn)生爆破荷載的傳播規(guī)律與振動特點。另外，本次試驗通過改變炸藥埋深和管道與炸藥的水平距離，對多種工況下的管道動力響應(yīng)進行了研究。各試驗工況具體用藥量與炸藥埋深等參數(shù)如表2所示，現(xiàn)場試驗及炮孔示意圖如圖2所示。

表1 爆破場地巖土參數(shù)表Tab.1 Rock and soil parameters of blasting site

表2 試驗各工況參數(shù)Tab.2 Test condition parameters

圖2 現(xiàn)場試驗示意圖Fig.2 Schematic diagram of field experiment site

1.2 爆破監(jiān)測方案設(shè)計

為研究HDPE 管道在受到爆破振動荷載作用下所表現(xiàn)出的動態(tài)特性，本試驗在管道以及地表處采用動態(tài)測試儀器對管道以及現(xiàn)場地表進行監(jiān)測。主要監(jiān)測項目包括管道質(zhì)點振動速度（Vp）和管道上方地表振動速度（Vg）。管道以及地表振動數(shù)據(jù)采用TC-4850 爆破振動測試儀進行測試，根據(jù)實際需要在管道內(nèi)部以及對應(yīng)的管道正上方地表布置多個監(jiān)測測點，其振動速度測試點布置示意如圖3所示，其中斷面B 位于管道正中心，斷面A，C 分別距離兩邊管道邊緣截面各1.5 m，D1～D7 為振動測點。

圖3 振動監(jiān)測點布置圖Fig.3 Schematic diagram of vibration monitoring points

2 數(shù)值計算建模及驗證

2.1 數(shù)值模型建立

根據(jù)現(xiàn)場試驗條件，采用動力有限元軟件ANSYS/LS-DYNA 并結(jié)合現(xiàn)場試驗實際工況2 進行數(shù)值模擬建模，建立尺寸為15 m×6 m×8 m 的整體模型，材料模型均采用8 節(jié)點Soild164 單元，計算采用cm-g-μs 單位制。數(shù)值計算材料部分包括炸藥、炮泥、管道、土層、巖層。管道埋置于模型上層粉質(zhì)黏土中，黏土層厚度為4 m，管道頂部至地表距離為2 m，下層基巖為強風(fēng)化粉質(zhì)砂巖。炮孔直徑為90 mm，深6.5 m，單孔裝藥量8 kg，使用耦合裝藥，裝藥長度遠(yuǎn)小于堵塞長度，炸藥距管道中心的水平距離為10 m。

模型中的管道、炸藥、炮泥、巖層和土層采用拉格朗日網(wǎng)格劃分，模型網(wǎng)格尺寸10～20 cm 不等，并對管道、管道周圍土體和炸藥部分的網(wǎng)格進行細(xì)化。管道與土層之間的接觸設(shè)置為自動面面接觸，其中靜摩擦系數(shù)為0.15，其他設(shè)置為默認(rèn)值，以模擬管道與土體間的接觸特性。模型除上表面為自由面外，其余各表面均設(shè)置為無反射邊界，以模擬爆破振動荷載在半無限的巖土體空間內(nèi)的傳播條件［16］，計算建立的數(shù)值模型及其網(wǎng)格如圖4所示。

圖4 數(shù)值模型示意圖Fig.4 Schematic diagram of numerical model

2.2 材料模型及參數(shù)

數(shù)值模擬所使用的炸藥與實驗現(xiàn)場使用的2 號巖石炸藥保持一致，炸藥材料模型采用ANSYS/LSDYNA 中提供的高能炸藥材料模型*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN［17］，用于規(guī)定炸藥的密度，爆速和爆壓等。而對炸藥在爆炸過程中體積，能量，壓力和各種參數(shù)則通過*EOS_JWL［18］狀態(tài)方程定義。使用上述材料模型與狀態(tài)方程能夠直觀地表示爆炸地震荷載在介質(zhì)中的傳播特性。*EOS_JWL 狀態(tài)方程定義如下：

式中P為爆轟壓力；V為爆炸產(chǎn)物相對體積；R1，R2，ω，A，B為炸藥材料參數(shù)；E0為初始比內(nèi)能。炸藥爆轟產(chǎn)物各參數(shù)如表3所示。

表3 爆轟產(chǎn)物相關(guān)參數(shù)Tab.3 Related parameters of detonation products

根據(jù)表1 試驗現(xiàn)場巖土體勘察報告，并結(jié)合相關(guān)室內(nèi)力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果，對模型中各材料性質(zhì)進行均質(zhì)單一性簡化。模型中粉質(zhì)黏土用*MAT_DRUCKER_PRAGER 材料模型［19］定義，其用于定義屈服面的參數(shù)是土體參數(shù)摩擦角φ和黏聚力c。該材料模型使用了改進的Drucker-Prager 屈服準(zhǔn)則，使屈服表面的形狀可扭曲成更真實的土壤模型。其屈服面表達式如下式所示：

式中T為剪應(yīng)力強度；σm為平均應(yīng)力；φ為內(nèi)摩擦角，c為黏聚力。計算時的力學(xué)參數(shù)如表4所示。表4 中，巖土體參數(shù)中黏聚力與內(nèi)摩擦角由試驗場地的地質(zhì)報告所得，其余巖體力學(xué)參數(shù)由巖土體樣本的相關(guān)室內(nèi)力學(xué)參數(shù)實驗所得。

表4 材料模型參數(shù)Tab.4 Model material parameters

實驗場地的巖體介質(zhì)是非連續(xù)、不均勻的，在數(shù)值模擬中，為方便材料模型建立，通常將巖體假設(shè)為連續(xù)的、各向同性的彈塑性材料。故模型下層的砂巖采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC 材料模型［20］，此模型適用于包含應(yīng)變率效應(yīng)的各向同性塑性隨動強化材料。此外炮孔中炮泥也采用該模型。模型的屈服條件表達式如下式所示：

式中sij為柯西應(yīng)力張量；p，c為輸入常數(shù)；β為硬化參數(shù)；σ0為屈服應(yīng)力；Ep為塑性硬化模量；ε，εpeff為應(yīng)變率、有效塑性應(yīng)變。計算時的力學(xué)參數(shù)見表4。

管道材質(zhì)為高密度聚乙烯，該材料是一種黏彈性材料，材料模型可以采用*MAT_PLASTICITY_POLYMER，該模型可以模擬高聚物在高應(yīng)變率下的動力響應(yīng)問題。

2.3 數(shù)值模型可靠性驗證

為驗證數(shù)值計算模型的可靠性，需進行數(shù)值模型結(jié)果與現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的比對，依據(jù)圖3 的現(xiàn)場試驗監(jiān)測點布置圖，在本文數(shù)值模型中同樣的位置選取監(jiān)測點，得到工況2 數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的XYZ三個方向的振動速度與合振速的對比結(jié)果，如表5所示。由表5 中數(shù)據(jù)分析可知，三個振動方向的振動速度Z向最大，其次為Y向，X向最小。總體上數(shù)值模擬的結(jié)果略大于現(xiàn)場實驗結(jié)果，最大誤差為14.93%，在可接受的允許誤差范圍內(nèi)，說明該數(shù)值模擬結(jié)果具有可靠性。進一步地，取監(jiān)測點D3 處的現(xiàn)場試驗實測合振速波形以及峰值振速最大方向Z方向振速與數(shù)值模擬的波形進行比對，如圖5所示。從圖5 中可知，現(xiàn)場監(jiān)測點的峰值振動速度出現(xiàn)的時間稍滯后于數(shù)值計算模型中該點的峰值振速出現(xiàn)的時間，且數(shù)值計算的峰值振速略大于實際峰值振速。分析出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是在數(shù)值模型中未考慮巖土體內(nèi)的節(jié)理面對爆破振動荷載傳播的影響。但總體而言，現(xiàn)場試驗實測波形圖與數(shù)值模擬所得到的波形圖基本一致，其合振速隨時間的衰減規(guī)律也大致相同，該圖也進一步驗證了模型的可靠性。

圖5 D3 處振速波形對比圖Fig.5 Comparison of vibration waveforms at D3

表5 現(xiàn)場試驗與數(shù)值模擬振動速度對比結(jié)果（工況2）Tab.5 Comparison of vibration velocity between field test and numerical simulation（Condition 2）

3 管道動力響應(yīng)的尺寸效應(yīng)研究

3.1 管道尺寸效應(yīng)數(shù)值分析模型建立

考慮到現(xiàn)場試驗的局限性，并未對不同尺寸的HDPE 管道在爆破振動荷載下的動力響應(yīng)進行試驗，但在工程實際施工中，現(xiàn)場使用的HDPE 波紋管的管徑會由實際工程需求的不同而不同。故本文為分析爆炸荷載作用下不同管徑的HDPE 波紋管的動力響應(yīng)特征，針對現(xiàn)場實驗所采用的管道埋深2 m，管道內(nèi)徑為80 cm 的HDPE 波紋管，并根據(jù)中國規(guī)范《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》（CJJ 101—2004）［21］所規(guī)定的管道尺寸，通過在相同計算方法、相同參數(shù)設(shè)置建立的條件下，再次分別建立了管道內(nèi)徑為40，50，60，100 cm 四種不同管道尺寸的數(shù)值計算模型，管土相對剛度系數(shù)相同［22］。以此來研究管道尺寸效應(yīng)對管道的動力響應(yīng)規(guī)律。其中模型中所建立的各管道具體尺寸如表6所示，表6中各參數(shù)所代表的具體含義如圖6 波紋管細(xì)節(jié)圖所示。

圖6 HDPE 波紋管細(xì)節(jié)圖Fig.6 Diagram of HDPE corrugated pipeline detail

表6 數(shù)值模型各管道尺寸Tab.6 Pipe size of numerical model

3.2 管道振動速度分析

現(xiàn)場試驗中，因條件限制，管道內(nèi)部沿管道軸線方向的振動監(jiān)測點布置較少，為分析管道的振動特征，根據(jù)數(shù)值計算模型，在模型中沿管道軸線方向選取一定數(shù)量的管道底部單元監(jiān)測點，如圖7所示。

圖7 監(jiān)測點示意圖Fig.7 Schematic diagram of monitoring points

圖8 是由監(jiān)測點處得到的峰值合振速。由圖8可知，在五種不同管道尺寸情況下，管道底部沿軸線方向的峰值振動速度的值呈現(xiàn)出隨離管道對稱中心截面位置處的距離的增大而不斷減小的趨勢，管道對稱中心截面處的振速值為管道振速最大值處，因此可確定管道對稱中心截面，即監(jiān)測點5 處截面為振動危險截面。且隨著管徑的增大，管道各處的振動速度會隨之減小。為進一步研究管道最危險截面處單元在爆破振動荷載作用下的振動特點，將不同管徑的管道最危險截面進行十二等分，以得到截面不同位置上的各單元點峰值振動速度，所得結(jié)果如圖9所示，圖中270°～0°處為管道迎爆側(cè)。由圖9 可知，不同管徑的管道危險截面處單元點峰值合振速在迎爆側(cè)（270°～0°）值較大，振速最大值均在管道底部（270°）。且管道單元峰值振動速度隨著管徑的增大而逐漸減小，管道內(nèi)徑從40 cm 增大至100 cm 時，管道危險截面處的振速最大值由18.26 cm/s 減小至14.12 cm/s，減小了約22.67%，分析其可能原因是隨著管徑的增大，增加了管道環(huán)剛度等力學(xué)性能，也同時增加了管土的接觸面積，土體的約束作用也隨之增強。土體的約束作用增大會令管道的振動響應(yīng)增加，而管道力學(xué)性能的增加會降低爆破振動對管道帶來的影響。對大管徑的HDPE 管道而言，抗彎剛度的增加做出的貢獻遠(yuǎn)超過約束增強帶來的負(fù)面影響，從而導(dǎo)致了管道的峰值振動速度的減小。由此可見，HDPE 波紋管的管道直徑會影響地震荷載用下管道內(nèi)部的振動速度。

圖8 管道軸向峰值振速圖Fig.8 Peak particle velocity in axis of pipeline

圖9 危險截面峰值振速圖Fig.9 Peak particle velocity of dangerous section

3.3 管道有效應(yīng)力分析

由前文可知，管道的軸對稱中心截面為管道最危險截面。根據(jù)上節(jié)危險截面處的十二等分點，進一步得到不同管徑管道在該截面不同位置上的各單元點von-Mises 峰值有效應(yīng)力，所得結(jié)果如圖10所示。

圖10 危險截面峰值有效應(yīng)力圖Fig.10 Peak effective stress of dangerous section

由圖10 中數(shù)據(jù)可得，不同管徑管道危險截面處單元點的von-Mises 峰值有效應(yīng)力與峰值振動速度具有類似的分布規(guī)律，管道單元峰值有效應(yīng)力也隨著管徑的增大而逐漸減小，有效應(yīng)力在迎爆側(cè)（270°～0°）值較大，應(yīng)力峰值在330°及300°處最大。為研究管道危險截面處振速與應(yīng)力的關(guān)系，將五種不同管徑下的各管道危險截面上的峰值有效應(yīng)力與峰值振動速度進行擬合，如圖11所示。根據(jù)圖11，可得到危險截面峰值有效應(yīng)力σ與峰值振動速度Vp之間擬合曲線的關(guān)系式：

圖11 危險截面應(yīng)力與振速關(guān)系圖Fig.11 Relationship between dangerous section stress and velocity

式中σ為管道危險截面峰值有效應(yīng)力；Vp為管道危險截面峰值振動速度。

4 管道安全性評價

4.1 管道振速與地表振速關(guān)系

在實際工程爆破的管道安全監(jiān)測過程中，因管道埋置于地下不便于開挖揭露后進行監(jiān)測，故在實際工程中幾乎無法實現(xiàn)對管道結(jié)構(gòu)本身的直接監(jiān)測，在現(xiàn)場的爆破振動監(jiān)測常用管道上方臨近地表處的振動速度作為表征值來反映管道的振動速度。因此本文針對不同尺寸管道模型，根據(jù)圖7 所選取的管道內(nèi)監(jiān)測點，分別取得這些點處的管道合振速及其正上方地表處的合振速峰值，并研究兩者關(guān)系。以管徑為80 cm 的HDPE 波紋管為例，圖12 為其沿管線方向管道內(nèi)監(jiān)測點以及監(jiān)測點正上方地表處的峰值合振速關(guān)系圖。通過圖12 的擬合曲線可知，管道振速與地表振速存在一定線性關(guān)系。該關(guān)系可用下式表示：

圖12 管道與地表振動速度關(guān)系圖Fig.12 The vibration velocity relationship between the pipeline and surface

式中Vp為管道振動速度；Vg為管道正上方地表振動速度。

同時，為了驗證管道振速與正上方地表振速之間存在上述的線性關(guān)系，進一步選取現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)進行了數(shù)據(jù)擬合。根據(jù)布置的監(jiān)測點，選取6 種工況中管道處監(jiān)測點（D2，D3，D4）及其對應(yīng)地表上的監(jiān)測點（D5，D6，D7）進行數(shù)據(jù)的分析，分析結(jié)果如圖13所示。根據(jù)圖13 可得，現(xiàn)場試驗中管道振速與地表振速之間也存在著比值關(guān)系，該比值為1.23；而數(shù)值模擬結(jié)果中，管道振速與地表振速比值如式（5）所示，為1.26。數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果近似，進一步說明了數(shù)值模擬的可靠性，同時也說明了管道與地表振動速度確實存在一定線性比例關(guān)系。

圖13 實測管道與地表振動速度關(guān)系圖Fig.13 The measured velocity relationship between the pipeline and surface

另外，在對數(shù)值模型各不同管徑進行擬合時，發(fā)現(xiàn)不同管徑的HDPE 波紋管其管道與地表振動關(guān)系之間的比值有所差別，考慮到管徑對兩者之間關(guān)系式可能存在的影響，可定義管道與地表振動速度之間的比值為K，稱K為管表振速比，定義如下式所示：

對不同管徑的管道進行管道與地表振動速度的擬合后，得到如表7所示的不同管徑條件下的K值大小。

表7 不同管道內(nèi)徑的管表振速比Tab.7 Vibration velocity ratio with different inner diameters

對表中數(shù)據(jù)進行擬合，如圖14所示，可得到兩者關(guān)系如下式：

圖14 管表振速比與管徑關(guān)系圖Fig.14 Relationship between pipe-surface vibration velocity ratio and pipe diameter

結(jié)合式（5）與式（7），便可得到管徑影響下的管道振速與地表振速關(guān)系式：

4.2 不同管徑的管道安全性評估

為得到爆破振動作用下HDPE 波紋管空管的最大控制速度，需對管道進行安全性評估，以判斷爆破振動是否會對管道產(chǎn)生破壞影響。根據(jù)中國規(guī)范《室外埋地聚乙烯（PE）給水管道工程技術(shù)規(guī)程》（DBJ52T 039—2017）中給出的管道最大允許壓力計算式［23］，管道最大允許壓力MOP可按下式計算：

式中MOP為最大允許壓力；PN為公稱壓力，取1.6 MPa；ft為50年壽命要求，溫度對壓力折減系數(shù)，本文取30 ℃時的壓力折減系數(shù)為0.87。

根據(jù)式（9）可得管道最大允許壓力為1.392 MPa，結(jié)合式（4）與式（8），可得到不同管徑的HDPE波紋管的地表控制振速Vg，如表8所示。在現(xiàn)場試驗中管徑為80 cm 的HDPE 波紋管的實際地表監(jiān)測振速為Vg=13.52 cm/s，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知管道材料未破壞，管道處于安全狀態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)束后檢查管道可知，埋置管段無明顯變形破壞，與模擬結(jié)果一致。

表8 不同管徑的地表控制速度Tab.8 Surface control velocity of different pipe diameters

5 結(jié)論

本文通過爆破場地埋置HDPE 波紋管后的爆破試驗及監(jiān)測，并結(jié)合相關(guān)數(shù)值模擬計算，研究了爆破振動荷載作用下HDPE 波紋管的尺寸效應(yīng)，得到的主要結(jié)論有以下幾點：

（1）通過數(shù)值模擬計算結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果進行對比，可知兩者的數(shù)據(jù)誤差較小，且爆破振動速度規(guī)律大致相同，數(shù)值模型結(jié)果具有一定可靠性。

（2）在已有根據(jù)現(xiàn)場試驗所建立的管徑為80 cm 的管道基礎(chǔ)上，再在同條件下分別建立了40，50，60 和100 cm 的管道模型。由數(shù)值模擬結(jié)果分析，在既定爆破荷載作用下，管道危險截面位于管道對稱中心截面處。管道截面單元處的振動速度和von-Mises 有效應(yīng)力隨管徑的增加而減小，且管道迎爆側(cè)的振動速度和von-Mises 有效應(yīng)力均大于背爆側(cè)。

（3）在現(xiàn)場的爆破振動監(jiān)測中常用管道上方臨近地表處的振動速度作為表征值來反映管道的振動速度。通過對數(shù)值模擬結(jié)果的分析可得，管道峰值有效應(yīng)力與管道峰值振動速度之間、管道合振速與地表振速之間均具有一定的對應(yīng)關(guān)系。并結(jié)合相關(guān)規(guī)范可得，在該類巖體條件下，得到管徑為40，50，60，80 和100 cm 的HDPE 波紋管地表控制振速為分別為22.51，20.91，19.70，17.91，16.64 cm/s。