多次爆破振动下陡边坡振动响应及稳定性研究

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...     

复理石顺层边坡最危险岩层倾角及简化的单一层面模型

最危险岩层倾角为0°～90°范围内使边坡安全系数最小的岩层倾角,该倾角是对顺层边坡稳定性最不利的岩层产状。以由岩块和岩层面组成的层状边坡为分析对象,采用有限元极限分析法的隐式节理模型分析了不同坡角对应的最危险岩层倾角。结果表明:最危险岩层倾角随坡角的增大而增大,对应安全系数的变化规律相反,最危险岩层倾角下的破坏均为整体顺层滑移破坏;通过极限平衡法得到最危险岩层倾角的理论公式,计算结果与有限元极限分析法偏离不超过2%;在众多岩层面中,对缓倾顺层边坡稳定性起决定性作用的为过坡脚的层面,采用单一层面简化模型得到的边坡破坏模式与常规模型相近,安全系数偏离不超过3%,缓倾顺层边坡可利用此模型进行简化的边坡稳定分析。     

基于改进的线性叠加法和岩石破碎效果的最优延期时间分析

延期时间的优选对于矿山爆破振动的控制以及爆破技术经济效果的保障都至关重要。改进的线性叠加法可用于研究爆破振动质点峰值振速(PPV)与不同延期时间的关系。首先，利用傅里叶级数来表示实测单孔爆破振动波形；其次，在傅立叶级数展开式的系数和相位中加入随机变量生成指定数量的单孔爆破振动波形；再次，利用蒙特卡洛模拟计算0 ms到250 ms之间每个延期时间对应的PPV均值，得到PPV随延期时间变化曲线。实例分析结果表明：若以距离爆源531 m处的民房为保护目标，以0.45 cm/s为峰值质点振速控制标准，7 ms以上的延期时间均可选择，并且当延期时间增大，PPV呈减小趋势。结合矿山岩石破碎效果试验，大块量随米延期时间增大呈先减小后增大的抛物线变化规律，其最小值出现在米延期为7 ms/m处。若以爆破振动监测所在矿山的6 m孔距算，其岩石破碎最优延期时间约为40 ms。综合爆破振动蒙特卡洛模拟结果和矿山岩石破碎效果试验结果，得到该矿山爆破最优延期时间可选择为40 ms。     

爆破荷载作用下露天边坡稳定性分析

露天边坡的稳定性受爆破振动作用影响较大,为进一步分析研究爆破振动作用下露天边坡的稳定性特征,对露天边坡的静力稳定性进行分析,得到边坡在静力条件下的位移、应力和静力安全系数,并在静力计算的基础上,计算边坡在爆破振动下的动态响应特征,进而求得爆破荷载下边坡的位移、应力及动力安全系数等响应特征,可以来分析边坡在爆破振动作用下的稳定状态.利用ANSYS有限元软件,采用强度折减法对别矿露天边坡在静力和动力荷载条件下的稳定状态进行分析,得出爆破荷载下边坡的安全振速和临界振速.仅考虑边坡自重下时的安全系数为1.66,处于稳定状态;在不同强度爆破荷载作用下边坡的安全系数分别为1.46、1.5、1.56、1.62,相对静力条件下安全系数衰减了2.4％ ～12％.通过安全系数与水平径向振动速度关系,推导出了南帮边坡的安全振动速度为10.64 cm/s,临界振动速度为13.16 cm/s.     

爆破振动在边坡岩土介质中诱发的动应力与振动特征分析

开挖爆破诱发的地震波对边坡岩土体有显著影响。基于简化力学模型和应力波理论,分析了露天爆破条件下,瑞利波在爆源远区边坡岩土介质中诱发的动应力和质点振动特征。分析表明,平行于坡面的切向动应力σxx随深度增大而快速减小。垂直坡面方向的法向动应力σzz和动剪应力σzx在坡面上为0,且随深度增大而先快速增大后缓慢减小。岩土体内平行于坡面的切向振动速度vx和垂直坡面的法向振动速度vz在坡面处最大,且随深度的增大而迅速降低。推导了σzz和σzx最大值所处深度zcr的解析解,zcr值随岩土介质质量的降低和振动频率的增大而减小。振动速度与振动频率相同的瑞利波在不同岩土介质中传播时,岩土越软弱其内部最大动应力越小。振动速度相同时,同一岩土介质中最大动应力是相等的,但其所处深度随振动频率的增大而减小。针对边坡动力稳定性拟静力分析中动荷载的确定问题,提出了通过边坡坡面质点振动速度峰值计算潜在滑动面动应力的解析计算方法。     

含单条顺层结构面岩体中爆破振动的规律

为了研究爆破地震波在含结构面岩体中的传播规律,以大冶铁矿爆破开采工程为依托,基于动力有限元数值模拟分析了深孔爆破的荷载特性,建立了坡角为50°的含单条顺层结构面岩质边坡,分别分析了采矿深度、结构面刚度和结构面倾角对坡面质点峰值振动速度分布特征的影响。结果表明:结构面的存在对爆破地震波的传播规律有显著的影响,但采矿深度的影响相对较小;结构面法向刚度的增大在一定范围内能显著提高爆破地震波的透射效应;切向刚度和结构面倾角的影响相对较复杂。     

节理岩体边坡爆破振动衰减特征分析

遵义市南部新区新龙快线项目中,岩体节理裂隙较为发育,岩层产状为缓倾斜,倾角约20°,边坡的走向和结构面走向夹角较小。爆破施工时,在上覆岩体重力荷载和爆破振动荷载的共同作用下,边坡稳定性难以得到保证。为研究节理岩体边坡爆破振动速度传播规律,进而采取合理的控制措施,通过对边坡爆破振动进行监测,分析边坡爆破振动衰减特征,得到不同装药量和爆心距时爆破振动在边坡上的传播规律。研究结果表明:装药量越大,距离越小,振速衰减速度越大;振速高程放大效应效果与装药量密切相关。对监测结果进行回归分析与预测,结合研究结果最后提出合理措施。     

节理岩体爆破振动传播衰减规律相似模型试验研究

节理对于爆破振动传播衰减规律具有显著的影响,相关研究对于爆破振动控制具有重要意义。采用水泥石膏材料制作岩石相似模型试件,采用云母片模拟充填节理,以单发雷管作为爆源产生爆破振动信号,采用TC-4850监测入射波与出射波爆破振动速度。测试了选用的水泥石膏材料配方的力学性能,包括单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角,测得的力学参数与石灰石的相似比约为20。试验中设置的条件包括：1～3条节理三种节理数量条件,20°、40°、60°三种节理倾角条件。基于试验的入射波与出射波振动数据,对比分析了不同条件下爆破振动的强度与衰减率的变化情况,试验结果表明：相比完整模型爆破振速数据,节理前方入射波区域存在爆破振动的放大现象,节理后方的出射波区域存在爆破振动衰减的增大现象;爆破振速衰减随着节理数量的增大而增大但是增幅较小;爆破振速衰减随着节理倾角的增大而减小且变化幅度显著;水平轴向与垂直方向的爆破振速变化具有相同的规律与一致的变化幅值。     

甑子岩特大型危岩体治理开挖控制爆破

甑子岩特大型危岩体治理削方量大、施工周期长、环境复杂,治理施工过程中,通过合理的布置爆破区域及采取安全控制措施,有效地降低了爆破施工对危岩体稳定性的影响,保障了施工过程的安全。采用导爆管雷管孔内、外接力传爆的逐孔顺序微差起爆方法及预裂爆破技术,获得了较为平整的开挖坡面,半孔率高,整体爆破效果好。施工过程中按特定爆心距处危岩体表面测点爆破振动速度作为稳定性监测的控制标准,可有效降低爆破对母岩体及危岩体的振动影响,符合危岩体快速治理及振动控制的要求,有利于规范爆破施工过程控制。     

地震作用下软弱夹层参数对岩质边坡锚固界面剪切作用影响

利用FLAC~(3D)软件建立了含软弱夹层的锚固岩质边坡数值模型,研究了软弱夹层参数对边坡位移响应和锚固界面剪切作用的影响,并通过正交试验对软弱夹层参数进行了敏感性分析。研究结果表明:锚固界面上的剪应力随时间呈阶梯式变化,且与地震动能量密切相关;随着软弱夹层厚度增加,边坡永久位移和峰值剪应力都增大,随着黏聚力和内摩擦角增大,二者减小,随着倾角增大,二者则先增大后减小;软弱夹层参数对界面剪应力的敏感性由大到小依次是软弱夹层倾角、黏聚力、内摩擦角和厚度。     

锦屏一级水电站边坡开挖爆破动力稳定性研究

采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟方法,分4种工况对锦屏一级水电站坝肩高陡边坡开挖爆破的动力稳定性进行了数值模拟研究,采用质点振动速度和安全系数2个指标评价边坡的稳定性,重点研究了潜在滑体在开挖爆破过程中的安全。分析结果表明,受左岸岩体中发育的f5、f8等断层影响,在进行EL.1 910～1 885 m台阶开挖爆破时,边坡关键部位质点振动速度接近10 cm/s的允许值;在爆破动力影响下,使潜在滑体业已降低的静力安全系数进一步受影响,最小安全系数略大于施工安全系数1.15。提出了相应减振措施:每开挖一个台阶后须对潜在滑体进行系统锚索加固和坡面喷护,降低爆破规模和单段药量,实测结果表明,采取锚固支护后,边坡振动速度明显降低。     

中国爆破振动控制技术的新进展

总结了近年来爆破振动波的传播和衰减规律、减振控制方法和远程实时爆破振动测试技术方面的最新研究成果,介绍了基于单孔爆破振动基波的叠加组合预测模型,探讨了人性化爆破振动安全评价标准,对电子雷管精确延迟实现干扰降振的科学研究和经验进行了总结,全面反映了爆破振动安全控制的最新成果.     

白鹤滩水电站坝肩边坡爆破振动对周边民房影响评价及控制

爆破振动对周边民房的影响评价及控制对保证工程顺利实施和减少纠纷具有重要意义。通过对白鹤滩水电站右岸坝肩以上边坡开挖线附近民房的调查及分类,制定了监测方案;基于房屋爆破振动破坏机理和国内外的爆破振动控制标准,推荐了本工程的安全控制标准;通过长期跟踪监测,对爆破振动的影响范围及程度进行了分区,分析了不同类型房屋的振动响应,并给出了相应的振动控制措施。研究表明,可将比例距离小于90 m/kg1/3的范围定义为严重影响区,而90~150 m/kg1/3的范围定义为一般影响区,大于150 m/kg1/3的范围定义为轻微影响区。通过对振动能量的分析,建议适当控制爆破规模以降低房屋开裂风险;适当增大预裂爆破装药线密度以提高预裂爆破效果,同时严格控制最大单响药量是控制边坡爆破开挖振动对周边民房影响的最为直接有效的措施。     

爆破震动作用下高地应力巷道动力响应特征与稳定性研究

为了研究爆破震动作用下高地应力巷道的动力响应特征及其稳定性,以淮南潘三矿超前预裂卸压爆破扰动瓦斯综合治理巷为工程背景,通过理论分析建立了爆破作业扰动巷道围岩模型,并根据应力波传播理论及波前动量守恒定理推导出了爆破震动作用下巷道围岩振动方程。使用数值模拟研究了巷道围岩质点峰值振动速度（Peak Particle Velocity,PPV）的衰减特征,从应力分布规律的角度对理论分析进行了补充,并根据模拟结果对巷道围岩稳定性进行了分析。结果表明：巷道围岩振动方程显示,爆炸应力波入射角度的不同会导致巷道围岩不同区域的动态响应特征存在差异。随着爆心距增大,巷道轮廓面附近围岩PPV出现波动,并在自由面处获得最大峰值振速;地应力对巷道围岩PPV具有抑制作用,地应力越大抑制作用越明显,且不同位置围岩的PPV对地应力敏感度存在差异;随着地应力增大,爆破震动作用下巷道围岩受力状态从拉剪变为压剪,最大主应力和剪切应力也随之增大。研究认为随着埋深增加,在对爆破震动作用下巷道围岩的稳定性进行评估时地应力因素不可忽略。对于潘三矿超前预裂卸压爆破工程现场而言,除了巷道的直墙外,墙角、拱墙也是危险区域,应当着重予以加...     

斗篷山道路开挖工程爆破振动安全控制技术研究

城镇道路工程中的爆破振动一直是施工各方关心的问题,爆破振动控制技术的研究对爆破安全具有重要的意义。结合贵阳市斗篷山道路开挖具体工程实例,根据损伤理论和声波测试技术取得保护对象的爆破损伤累积系数,用以修正安全允许振速作为爆破振动控制标准;进一步分析爆区周边振动控制要点,对附近民房采用三级保护,军用信号塔采用二级保护。控制爆破后保护对象附近的振动监测结果显示:采用电子雷管网路爆破的最大振速明显小于导爆管网路爆破,并且爆后岩渣块度均小于50 cm;运用模糊评判方法分析导爆管网路爆破效果和安全控制标准的贴近度为0.350,而电子雷管网路爆破贴近度0.425更接近于安全控制标准;采用合理的爆破振动控制措施结合电子雷管爆破技术使斗篷山开挖爆破振动得到了有效的控制。     

挡土墙地震土压力的拟动力分析

基于均匀土层剪切梁理论建立了边坡水平地震动力运动方程,得到了边坡坡后土体的水平位移和加速度响应。将水平加速度应用到挡土墙地震土压力拟动力分析中,对坡体刚性假定和加速度沿坡高恒定的不足进行了改进,推导出主动、被动土压力的计算公式。结合实际工程分析了墙后填土面倾角、填土内摩擦角、挡墙与填土界面摩擦角对于总土压力大小的影响,并与传统的拟静力法和拟动力法进行了比较,结果表明:地震土压力随着时间呈一种类似正弦或者余弦状波动;随着墙后填土面倾角增大挡土墙地震总主、被土压力的也呈逐渐上升趋势;随填土内摩擦角、以及挡土墙与填土界面摩擦角的增大挡土墙地震总主动土压力逐渐减小,而被动土压力则随之增大;传统的计算方法由于计算值偏小而不安全。     

精确延时爆破条件下的边坡振动响应特性

精确延时条件下的爆破振动响应特性是当前工程爆破领域的重点研究内容。基于岩质边坡爆破振动响应的理论分析,结合溪洛渡水电站边坡开挖爆破振动的数值模拟,研究了精确延时条件下的岩质边坡爆破振动响应特性。结果表明,在边坡的爆源近区,质点峰值振动速度及第一主应力的变化随延时时间的不同具有明显的低峰值,而在爆源远区,则难以确定明确的变化规律。在爆源的近区,合理的延时时间可以降低甚至避免振动效应叠加,该延时时间的最小值约为爆破振动的主周期;爆源的远区,虽然振动峰值降低,但是难以避免爆破振动叠加效应。     

水电站新浇混凝土爆破振动安全控制技术

为控制水电站新浇混凝土爆破振动安全,基于老挝南公1水电站,在溢洪道二、三级消力池爆破开挖时,对闸室段新浇混凝土进行多次爆破振动监测。结果表明溢洪道内爆破振动传播满足指数衰减规律。最后提出相适应的新浇混凝土爆破安全控制标准,采取控制单响药量、施工顺序等有效爆破控制方法,可确保新浇混凝土爆破振动安全性,从而保证工程施工质量。     

岩体结构面对台阶爆破效果影响研究

岩体作为一种不连续的、各向异性的非均质结构体，随机分布有节理、裂隙和断层等结构面，各类结构面的存在对爆破效果具有重要的影响。为探究岩体结构面对台阶爆破效果的影响，以别斯库都克露天煤矿为研究对象，分别采用LS-Dyna数值模拟与现场实验研究结构面角度和位置对台阶爆破效果的影响。数值模拟结果表明：当结构面倾角小于30°时，应力峰值受结构面倾角影响程度较低；当结构面夹角大于30°时，爆炸应力波的初始峰值随夹角的增大而增大。在台阶不同位置存在软弱夹层时，台阶爆破泄能结果差异较大。当软弱夹层位于台阶上部区域，爆破效果较好。当软弱夹层位于台阶中部和下部区域时，台阶爆破泄能较为明显，导致爆破效果较差，需要制定专门的爆破方案进行处置。现场实践表明：随结构面倾角的增加，爆破后爆堆的大块率呈减小趋势。针对现场存在的软弱夹层位于中下部情况，通过采用加大炮孔超深0.5 m,并在软弱夹层下部岩体增加3～5 m深斜孔的方法，能有效降低大块率，改善爆破效果，提高铲装效率。     

地震作用下挡土墙的滑动稳定性分析

针对现有挡土墙抗震设计理论存在的不足,采用拟动力法推导并给出了地震作用下挡土墙抗滑稳定安全系数的计算表达式。推导过程中考虑了地震荷载的时间效应和相位差效应,并分析了墙背倾斜角、墙土摩擦角、填土内摩擦角、水平向和竖向地震加速度系数对抗滑稳定性的影响。参数分析结果表明:挡土墙抗滑稳定性随墙背倾斜角、墙土摩擦角及填土内摩擦角的增大而增大,随水平向地震加速度的增大而减小。拟动力法计算得到的抗滑稳定安全系数小于原有设计理论的计算值。