前言

拆除爆破是在清除二戰(zhàn)遺留建筑物的背景下興起的。目前，在城市改建、擴(kuò)建過(guò)程中，拆除爆破以其快捷、簡(jiǎn)便以及顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益受到重視，并在拆除市場(chǎng)占據(jù)重要的位置，已成為拆除業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的方法之一。在國(guó)內(nèi)，建（構(gòu)）筑物尤其是高層建筑物的拆除，主要采用拆除爆破技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年進(jìn)行的拆除爆破工程達(dá)數(shù)千項(xiàng)。面對(duì)廣闊的市場(chǎng)，拆除爆破技術(shù)的相關(guān)理論研究及工程實(shí)踐已經(jīng)越來(lái)越受到人們的重視。

因?yàn)椴鸪频膶?duì)象千差萬(wàn)別，作業(yè)環(huán)境又大多在城市鬧市區(qū)，所要實(shí)現(xiàn)的爆破效果與常規(guī)的以破碎巖土介質(zhì)為目的的爆破有著本質(zhì)上的區(qū)別，除了要遵循一般常規(guī)爆破的爆轟原理、介質(zhì)破碎機(jī)制外，還要分析結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)制、倒塌的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及有害效應(yīng)等問(wèn)題。目前，拆除爆破的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程實(shí)踐的需要，原因在于：①炸藥的爆轟與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部破壞過(guò)程的描述在理論上還不成熟；②缺乏有效的理論模型模擬結(jié)構(gòu)倒塌的復(fù)雜力學(xué)過(guò)程；③有害效應(yīng)的預(yù)測(cè)與控制的理論依據(jù)不足等。

近年來(lái)，我國(guó)爆破工作者在拆除爆破理論研究與工程實(shí)踐方面做了大量工作，但是對(duì)于建筑物的傾倒、解體形式和觸地振動(dòng)等技術(shù)問(wèn)題的理論研究還處于發(fā)展階段，在理論上有待于進(jìn)一步完善，而通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬來(lái)優(yōu)化、選擇設(shè)計(jì)參數(shù)并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，無(wú)疑是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的方法。同時(shí)，將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用于建筑物拆除爆破，不僅可以了解問(wèn)題的結(jié)果，而且可連續(xù)地、動(dòng)態(tài)地、重復(fù)地描述事物的發(fā)展規(guī)律，了解結(jié)構(gòu)整體倒塌與局部斷裂破壞的詳細(xì)過(guò)程。此外，還可以把模擬結(jié)果中反映的信息反饋給爆破設(shè)計(jì)，從而修正、完善爆破設(shè)計(jì)方案，因此拆除爆破數(shù)值模擬技術(shù)的研究具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

拆除爆破的數(shù)值模擬是按照特定的數(shù)學(xué)或物理模型，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過(guò)程模擬的研究方法，拆除爆破的數(shù)值模擬應(yīng)該滿足以下幾個(gè)方面的要求：①可以描述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部破壞與整體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)；②可以預(yù)測(cè)爆破效果，如爆堆高度、前沖距離、后坐距離等；③可以根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)；④模擬和再現(xiàn)結(jié)構(gòu)倒塌過(guò)程。

拆除爆破多在鬧市區(qū)進(jìn)行，如何有效控制爆破有害效應(yīng)是拆除爆破成功與否的關(guān)鍵因素之一。在各種爆破有害效應(yīng)中，結(jié)構(gòu)觸地振動(dòng)效應(yīng)與粉塵的預(yù)防與控制是拆除爆破工程中不容回避的重要問(wèn)題，但在施工中還缺乏可靠的控制依據(jù)，是目前拆除爆破領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

作者從事工程爆破實(shí)踐與理論研究工作近30年，成功實(shí)施各類(lèi)爆破工程近千項(xiàng)；在科技創(chuàng)新和理論研究方面，先后針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下建（構(gòu)）筑物的拆除爆破技術(shù)、100m以上高煙囪雙向折疊定向傾倒拆除爆破綜合技術(shù)、拆除爆破結(jié)構(gòu)倒塌數(shù)值模擬技術(shù)、爆破有害效應(yīng)預(yù)防等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了一定的成果。拆除爆破的理論研究?jī)?nèi)容與形式十分浩繁，涉及到多個(gè)學(xué)科，并且處于不斷發(fā)展之中，本書(shū)的寫(xiě)作意圖是總結(jié)作者在拆除爆破數(shù)值模擬領(lǐng)域的理論研究成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，希望為該領(lǐng)域的深入研究起到拋磚引玉的作用。

本書(shū)共分為4篇，14章，核心內(nèi)容為拆除爆破數(shù)值模擬方法、有害效應(yīng)預(yù)防及典型工程實(shí)例。

第一篇介紹了國(guó)內(nèi)外拆除爆破理論與實(shí)踐研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

第二篇介紹了有限元、離散元、DDA、多剛體動(dòng)力學(xué)等數(shù)值模擬方法及模擬實(shí)例。其中重點(diǎn)介紹了最新的研究成果——離散元框架內(nèi)的網(wǎng)格實(shí)體模型（SLM, solid lattice model）。由于建筑物爆破拆除過(guò)程中結(jié)構(gòu)經(jīng)歷由相對(duì)連續(xù)到離散破碎的全過(guò)程，有限單元法和離散單元法等傳統(tǒng)數(shù)值方法對(duì)于模擬結(jié)構(gòu)倒塌全過(guò)程都存在一定局限性，只能對(duì)此過(guò)程的某一階段或某個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行分析與研究。為此，作者在離散單元法的基礎(chǔ)上，耦合有限單元法中的梁?jiǎn)卧纬闪司W(wǎng)格實(shí)體模型，并開(kāi)發(fā)了模擬軟件SLM-DEM。同時(shí)，為了書(shū)稿的完整性，也介紹了該領(lǐng)域同行的研究工作，如數(shù)值模擬的DDA法等。

第三篇闡述了拆除爆破有害效應(yīng)預(yù)防的兩個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題：觸地振動(dòng)效應(yīng)與粉塵控制。

第四篇介紹了作者主持完成的具有代表性的12項(xiàng)拆除爆破工程。目的是把作者長(zhǎng)期積累的施工經(jīng)驗(yàn)與技巧與讀者分享。

目前關(guān)于拆除爆破方面的書(shū)籍很多，但大多針對(duì)工程設(shè)計(jì)與施工過(guò)程。作為系統(tǒng)介紹拆除爆破數(shù)值模擬技術(shù)的專(zhuān)著，本書(shū)的特點(diǎn)是以專(zhuān)題的形式介紹作者在拆除爆破數(shù)值模擬領(lǐng)域的研究成果，每部分內(nèi)容自成體系又相輔相成。本書(shū)可作為拆除爆破同行、大專(zhuān)院校的學(xué)者、研究生及相關(guān)領(lǐng)域科技工作者的參考書(shū)。

本書(shū)在撰寫(xiě)過(guò)程中得到了錢(qián)七虎院士、馮叔瑜院士、汪旭光院士的悉心指導(dǎo)和熱情幫助，錢(qián)七虎院士在百忙之中還為本書(shū)作序，武漢大學(xué)盧文波教授對(duì)書(shū)稿亦提出了許多寶貴意見(jiàn)，在此一并向他們表示誠(chéng)摯的謝意！

在本書(shū)的撰寫(xiě)過(guò)程中，參閱了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的大量文獻(xiàn)，在此向所有論著的作者表示由衷的感謝！

由于數(shù)值模擬技術(shù)在拆除爆破領(lǐng)域的研究尚不深入，加之作者水平有限，書(shū)中難免有錯(cuò)誤或不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

2008年10月于武漢