宁德核电站核岛基坑爆破开挖安全控制研究

 基坑在进行爆破开挖时,爆孔周围岩体必然会因爆炸作用而造成破坏,因此加强爆破开挖安全控制对于保障工程质量至关重要。以福建宁德核电站核岛基坑爆破开挖为依托,根据场地地质勘测资料,通过现场爆破振动试验获得场地爆破振动衰减规律,通过声波测试以及数值模型试验获得爆区损伤深度与距爆源30 m处质点峰值振动速度之间的函数关系,结合工程施工对基础爆破开挖损伤的要求确定30 m处爆破振动速度阈值,并通过后期全程监测验证控制参数的有效性。     

预裂爆破震动效应试验研究

为研究预裂爆破震动效应,在山东石岛湾核电站基坑进行多次爆破和声波测试试验,得到场地爆破震动衰减规律和爆孔下卧基岩的损伤范围。试验结果表明,岩性相同时,基岩损伤深度随最大段药量的增加而线性增加,随质点峰值震动速度增加而呈指数增加;离爆源越近,岩体受损程度越大;预裂爆破对爆孔上部岩体影响较大。同时,在试验的基础上,建立距爆源30 m处质点峰值震动速度与对应爆破影响下卧基岩深度的函数关系,进而确定以质点峰值震动速度为参考指标的预裂爆破安全控制标准,并在基坑边坡爆破中验证该控制标准的有效性。     

水工岩石高边坡爆破振动安全控制标准的确定研究

 确定合理的岩石高边坡爆破振动安全标准是西南地区水电工程拱坝建基面爆破开挖控制的关键。基于目前广泛采用上层台阶的爆破振动速度阈值作为爆破振动安全标准的现状,分析水电工程岩石高边坡爆破振动安全标准确定的两大依据,其一为上层台阶岩体本身的允许振动速度,其二控制当前爆破梯段保留岩体的损伤深度,建立的上层台阶爆破振动速度阈值;结果表明,现采用的控制标准明显低于边坡自身的爆破损伤允许振动速度,其确定的核心依据是控制当层梯段保留岩体的损伤深度。基于应力波的衰减机制,从理论角度给出岩石高边坡爆破安全标准确定的数学描述,结果表明振动安全标准的确定与坝肩槽允许开挖损伤深度、台阶高度均密切相关,同时由于径向应力与环向应力是爆破损伤区形成的主要原因,爆破安全标准的确定应具有方向性,以水平径向与水平切向的振动速度作为控制标准更为合理。针对岩石高边坡爆破振动安全控制标准的应用,分析上层台阶马道附近的爆破振动特性,结果表明爆破振动存在局部放大的特征;建议并验证岩石高边坡爆破振动测试方法,当采用爆破振动安全标准判别当次爆破开挖的爆破响应时,宜将爆破监测点布置在马道内侧。研究结果期望为岩石高边坡的爆破开挖安全控制提供参考。     

黄麦岭采场边坡爆破振动响应研究

通过现场爆破振动监测和声波测试，分析了爆破开采时黄麦岭磷矿采场边坡的振动速度衰减规律，并确定了爆炸荷载对边坡岩体的影响程度。同时，结合振动监测和声波测试结果，初步确定了黄麦岭边坡的安全速度阈值标准。     

白鹤滩坝址柱状节理玄武岩爆破损伤质点峰值振速安全阈值研究

白鹤滩水电站坝址处柱状节理玄武岩分布广泛,节理裂隙发育,爆破损伤控制是白鹤滩坝基开挖中的技术难题之一。结合白鹤滩水电站坝基保护层开挖,开展水平预裂爆破、水平光面爆破和竖直孔复合消能爆破条件下的现场爆破试验,基于不同爆破方式下爆前爆后岩体声波速度的对比检测数据以及坝基岩体钻孔内预埋速度传感器的振动测试结果,建立坝基岩体损伤程度与质点峰值振速的对应关系,提出与声波速度降低率相关的质点峰值振速安全阈值。现场试验结果表明:质点峰值振速安全阈值是岩体的固有性质,不受爆破方式和爆破参数的影响;在声波速度降低率为5%,10%和15%的条件下,对应的柱状节理玄武岩爆破损伤质点峰值振速安全阈值可大致确定为50,65和90 cm/s。     

临近岩石边坡开挖轮廓面的爆破设计方法

基于岩石爆破损伤影响范围控制的质点峰值振动速度判据。就临近岩石边坡开挖轮廓面的爆破开挖设计方法进行了探讨。修正了在国际上被广泛引用的计算质点峰值振动速度的Holmberg-Persson方法中隐含的数学错误。提出一种更具理论基础且又切实可用的确定岩石爆破中爆源近区的质点峰值振动速度衰减规律的新方法。最后结合三峡工程通航建筑物岩石边坡开挖中的工程实例对建议方法的具体应用作了介绍。并就三峡工程实际采用的爆破设计参数的合理性进行了评价。     

顺层岩质边坡的爆破振动控制标准试验研究

以某顺层岩质路堑开挖爆破为背景，进行了6次层裂爆破试验。测量边坡不同位置处的质点振速并对爆破前后的岩体进行声波探测，然后对振速测量结果和声波速度测量结果进行耦合分析，研究表明：边坡岩体发生爆破层裂后，波速显著降低，岩体的波速降低率随着质点振速增大而增大：质点振速越大，岩体层裂程度越严重，当质点振速小于临界值，岩体不发生层裂：爆破试验所得出的临界振速25．3cm／s可以作为该顺层岩质边坡爆破开挖时的振动控制标准。     

不同开挖方式下岩石高边坡损伤演化过程比较

 不同岩石高边坡开挖方式对保留岩体的损伤范围有重要影响。基于LS-DYNA二次开发的累积损伤仿真技术,对光面爆破和预裂爆破2种不同爆破方式下的开挖损伤全过程进行数值仿真。计算结果表明,光面爆破开挖方式下爆破损伤具有明显的累积特征,其中,主爆孔产生的累积损伤最严重,光面爆破次之,缓冲爆破最小。预裂开挖方案中,保留岩体几乎仅受到预裂孔的损伤作用,但预裂孔本身的损伤大于光爆孔。对比2种开挖方式下最终保留岩体的损伤分布特征：光面爆破开挖方式下,保留岩体中沿轮廓面分布较小范围的高程度损伤区以及中下部分布较大范围中等程度损伤区;预裂开挖方式下,保留岩体仅存在范围相对较大的沿轮廓面分布的高程度损伤区。     

爆炸荷载作用下路堑边坡稳定性分析

在爆破过程中,对路堑边坡振动情况进行监测,并分析监测波形数据,有助于掌握爆破地震波的强度和频谱结构,了解其传播和衰减规律,推测爆破振动对路堑边坡岩体的损伤程度和边坡稳定性的影响,并检验爆破设计方案的合理性.结合工程实际情况,建立了爆炸荷载作用下路堑边坡动力响应的有限元分析模型,探讨了边坡岩体内应力场、位移场以及爆破地震波的传播规律.分析了边坡动力稳定的安全评价标准,结合爆破振动监测,分析了爆破开挖对路堑边坡稳定性的影响.     

岩石高边坡爆破开挖损伤区岩体力学参数弱化规律研究

岩石边坡爆破开挖引起的岩体力学性能劣化对边坡稳定具有不利的影响,Hoek-Brown(H-B)准则是快速估算损伤岩体力学参数的有效途径之一。针对白鹤滩水电站左岸834～750 m高程拱肩槽边坡爆破开挖,通过分析爆破后边坡岩体的声波速度,定量确定了H-B准则中扰动因子D的取值及其随深度的变化规律,在此基础上研究了损伤区内岩体力学参数的弱化规律。研究结果表明:随着岩体深度的增加,扰动因子D线性降低,损伤区内岩体变形模量线性增大,岩体单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角和黏聚力非线性增大;爆破开挖扰动下岩体单轴抗压强度弱化最为严重,内摩擦角弱化程度最小。研究成果可为边坡稳定性分析与支护设计的岩体力学参数取值提供参考。     

基于爆破损伤的岩台保护层开挖爆破参数研究

  摘要：在现有岩石爆破损伤理论的基础上,提出考虑初始损伤的爆破损伤计算模型,推导初始损伤变量和声波波速、弹性模量以及损伤门槛值等参数间的关系式。以溪洛渡水电站主厂房岩台保护层开挖为研究背景,结合岩石爆破损伤理论,分析保护层开挖的爆破损伤效应及其主要影响因素,并导出爆破参数计算公式。对主厂房内分布较广且初始损伤程度不同的2类岩体,分别给出相应的开挖爆破参数。通过现场爆破试验、爆破振动速度测试以及钻孔声波测试,验证爆破参数的合理性以及完善爆破参数设计。研究结果表明：爆破参数设计需要考虑岩体初始损伤的影响。考虑损伤效应后,岩台保护层开挖的炮孔密集系数小于普通光面爆破参数设计值;岩体初始损伤程度较大时,应增加光爆孔的装药不耦合系数和减小炮孔密集系数;岩台开挖爆破影响深度和爆破地震效应均满足安全控制要求,爆破参数设计合理。研究成果可为同类工程提供借鉴。     

Blast-induced rock damage control in Fangchenggang nuclear power station,China

In the process of blasting excavation, stress wave propagation and gas expansion can basically induce damage to surrounding rocks, which is detrimental to rock mass integrity and engineering safety. In this case, evaluation and control of blast-induced effects are essential to the safety of nearby buildings and integrity of bedrock in blasting field. In Fangchenggang nuclear power station of China, the drill-and-blast method was employed for bedrock excavation. In order to reduce the blast-induced damage zone, the wave propagation and associated damage to rock mass should be carefully investigated. In this paper, the wave propagation regressively obtained from field monitoring data was presented based on empirical formula (e.g. Sadovsky formula). The relationship between the peak particle velocity (PPV) at a distance of 30 m away from the charge hole and charge per delay in blast design was derived. Meanwhile, the acoustic tests before and after blasting were conducted to determine the damage depth of rock mass. The charge per delay in blast design was then calibrated based on the blast-induced wave propagation regularity. The results showed that a satisfactory effect was achieved on blast-induced damage control of rock mass. This could be helpful to rock damage control in similar blasting projects.     

悬索桥锚碇隧道爆破开挖的围岩累积振动效应研究

 结合矮寨悬索桥锚碇隧道的爆破施工,通过围岩的声波测试得到围岩损伤度和松动圈范围在不同等级的爆破冲击荷载作用下的发育规律,探讨围岩累积损伤程度和振动速度之间的对应关系,以及引起岩体损伤度累计效应的阈值,较为完整地描述了爆破冲击荷载作用下围岩损伤度和松动圈的发展过程。在此基础上得出合理的爆破振动速度的控制指标。结果表明：锚碇隧道的爆破施工不但要控制单次爆破对围岩的扰动,更重要的是,应考虑围岩在频繁的近距离爆破作用下产生的累计振动效应并加以控制。爆破振动速度控制在3～6 cm/s时,最大围岩松动圈厚度约为2.3 m,围岩平均损伤度约为0.15。当测点处围岩的振动速度小于2 cm/s时,围岩的损伤度积累不明显,可视为爆破振动累积损伤阈值。     

三峡工程临时船闸与升船机开挖中的爆破方案优化和爆破振动控制

 根据三峡工程临时船闸与升船机岩体开挖过程中的施工期安全监测的实践, 对与围岩爆破损伤影响范围有关的岩石基础开挖中的合理爆破方式与程序选择、岩质高边坡及中隔墩的爆破振动控制等几个与爆破开挖相关的主要问题作了概括性的介绍, 文中同时对一些值得进一步研究的问题作了讨论。     

《爆破安全规程》(GB 6722—2014)边坡岩体爆破振动速度安全允许值的理论探讨

开挖爆破诱发的地震波对岩质边坡有显著影响,我国《爆破安全规程》(GB 6722—2014)给出了边坡岩体的爆破振动速度允许值,但未明确说明取值的理论依据。为此,分析露天开挖爆破条件下邻近边坡岩体的附加动应力和质点振动速度场分布特征,推导以坡表质点振动速度表征的岩体附加动应力表达式。以边坡岩体不发生剪切和张拉破坏为控制要求,考虑边坡岩体分级特征和坡体结构特征,提出基于简单边坡模型的浅层岩体的爆破振动速度允许值。分析表明,岩体强度、边坡坡度、滑动面深度和地震波频率等均对边坡岩体的允许振动速度存在显著影响。其次,无剪切破坏条件下计算的爆破振动速度允许值与《爆破安全规程》(GB 6722—2014)的控制标准在量级上较接近,而无张拉破坏时各级岩体的爆破振动速度允许值差别不大,《爆破安全规程》(GB 6722—2014)中岩质边坡爆破振动控制标准应在理论分析和工程实践基础上进一步细化。     

溪洛渡电站地下厂房爆破损伤范围及判据研究

通过现场爆破振动测试和数值模拟方法研究地下厂房爆破损伤范围及判据;在应用FLAC3D数值模拟软件中,损伤变量D被引入弹塑性本构模型,同时将简化的三角形荷载作为爆破冲击荷载施加在炮孔孔壁上,并根据岩石中有效应力确定爆破损伤范围。调整同时起爆炮孔数目,改变单段起爆药量,研究爆破损伤范围与单段药量的关系,结果表明:损伤深度和损伤水平半径均随单段药量的增加而增大,损伤范围随着炮孔深度增加而减小,爆破损伤最大水平半径出现在炮孔顶部面上。根据爆破近区质点速度衰减规律,并通过数据拟合得到对应于不同单段起爆药量的最大损伤水平半径和相应部位爆破质点临界损伤振动速度的关系,临界损伤振动速度可作为爆破损伤安全判据。研究成果有效地应用到实践中,对类似开挖爆破工程具有一定指导意义。     

小湾水电站岩石高边坡爆破振动速度安全阈值研究

在国内外有关岩石边坡爆破振动速度安全阈值研究成果的基础上,通过小湾水电站岩石高边坡爆破振动荷载下动力响应计算,由各阶边坡马道上的峰值动拉应力与质点峰值振动速度间的统计关系,按照极限拉应力准则,确定小湾水电站岩石高边坡爆破振动控制的合理部位及安全阈值。研究结果表明,岩石高边坡爆破振动控制的合理部位为开挖区上一台阶马道的内侧,其振动速度控制标准为10cm/s。