隧洞全断面开挖中不同爆破孔作用边界及其诱发振动特性的比较分析

为探明隧洞钻爆开挖中不同炮孔诱发振动特性的差异及其原因,以隧洞全断面钻爆开挖为例,结合岩石爆破内部及外部作用,对不同炮孔爆破作用边界进行分析;通过现场单孔及生产爆破试验,综合比较掏槽孔、崩落孔及光爆孔3种典型炮孔诱发振动峰值及频谱特征;并借助数值模拟分析不同炮孔内外边界条件及其动力响应特性的差异;最后,从爆炸能量分配及塑性区发展的角度,总结归纳不同炮孔诱发振动差异的内在原因。结果表明：掏槽孔多在单个自由面条件下起爆,炮孔所受夹制作用较强,爆破外部作用减弱,转化为爆破振动能的比例增加,爆破诱发振动峰值(PPV)相对较大;掏槽孔间排距及不耦合系数较小,相比于崩落孔及光爆孔,内部作用较强,形成的塑性区面积增加,振动主频(DF)相对较低;光爆孔与崩落孔均在2个自由面条件下起爆,光爆孔不耦合系数较大,但其炮孔间距小,爆破内部作用及外部作用与崩落孔大体相当,PPV及DF分布也基本一致;实际工程中,可通过改变内外边界条件来调节爆破内部作用及外部作用,进而达到振动安全控制的目的。     

水电坝基开挖中不同典型炮孔诱发振动的差异及其内因分析

明确水电坝基开挖中不同类型炮孔诱发振动的特性,对爆破振动安全控制具有重要的指导意义。通过现场试验比较了主爆孔、预裂孔和光爆孔三种典型炮孔诱发振动峰值(PPV)及振动主频(DF),并结合不同炮孔爆破作用边界条件的分析,借助数值模拟计算了不同爆破作用边界条件下岩石的动力响应特性,最后从爆炸能量分配与塑性区发展的角度,探讨了不同炮孔诱发振动差异的内因。研究结果表明:若单响药量与爆心距处于同一当量水平,预裂孔诱发的PPV及DF均相对大于主爆孔与光爆孔,而光爆孔诱发的PPV水平及DF与主爆孔大体相当;预裂孔一般先于主爆孔起爆,抵抗线较大,且多采用径向和轴向不耦合装药,由导爆索侧向引爆,其爆破损伤区和塑性区半径较小,消耗于岩石破碎的能量较少,转化为振动能的比例较大;光爆孔的装药结构及起爆方式与预裂孔相同,但其抵抗线较小,转化为振动能的比例及塑性区大小与主爆孔大体相当;爆破作用边界条件(装药结构、起爆方式及抵抗线等)的改变会导致爆炸能量分配及塑性区发展的不同,也是引起振动差异的内在因素。     

大型船闸开挖预裂爆破累积损伤特性及隔振效果分析

针对大型船闸预裂爆破开挖时中隔墩振动与损伤控制的问题,依托现场爆破试验,对比分析了不同段主爆孔诱发振动的峰值,采用数值模拟的方式,研究了不同段主爆孔的爆破累积损伤特性,分析了不同损伤范围下预裂缝的隔振效果,并对船闸爆破开挖方案进行了优化。研究结果表明:预裂爆破开挖中主爆孔爆破会对预裂缝附近岩体产生累积损伤,但会增强对后续主爆孔的隔振效果;随着预裂缝附近岩体累积损伤的增加,其隔振效果逐渐增强,并最终稳定在50%左右;爆破振动峰值(PPV)衰减幅度随着损伤宽度的增加而增加,当损伤宽度达到4 cm后,衰减幅度趋于平缓。大型船闸开挖中应综合考虑预裂爆破累积损伤特性及其隔振效果,可采用先拉槽增加侧向临空面与设置施工预裂缝的爆破开挖优化方案,进而保证开挖效果,并降低对保留岩体的扰动。     

水电站扩机工程中预裂孔与主爆孔诱发的爆破振动比较分析

依托老挝南俄1水电站扩机工程爆破开挖,选取已有典型建筑设备,开展爆破振动跟踪监测,基于统计数据对比分析了主爆孔与预裂孔诱发爆破振动的差异;借助光滑粒子流(SPH)数值计算方法,从装药结构、起爆方式及抵抗线大小三个方面,分析了造成主爆孔与预裂孔爆破振动差异的原因.结果表明:预裂孔诱发的爆破振动峰值水平普遍高于主爆孔;装药结构、起爆方式和抵抗线大小均会影响爆破加载特性和爆破近区损伤的演化与分布,进而引起爆炸能量传输与分配的不同;预裂孔一般采用不耦合装药,并通常由导爆索侧向起爆,抵抗线也较大,其炮孔壁上的爆破荷载峰值低于主爆孔,炮孔附近的粉碎区范围和裂纹数量较少,且抵抗线方向上的岩石损伤程度较低,从而消耗于岩石破碎和抛掷的能量占比更小,使得更多的能量转化为振动能,故而预裂爆破诱发的振动水平要高于主爆孔.     

岩石钻孔爆破中Rayleigh波的形成机制与演化特性研究

基于柱状药包爆源特征的分析，从曲面体波在自由表面反射的角度，阐明岩石钻孔爆破中R波的形成机制与形成过程；借助三维动力有限元模拟，对比分析无限和半无限空间中柱状药包爆破诱发地震波的波型与组分，研究R波的形成过程与演化特性，并开展现场爆破验证试验。结果表明：R波由爆源激发的曲面体波在地表面反射形成，且随震中距r增大而逐渐形成，在r约0.6h(h为炸药源埋深)处开始形成，当r超过约2.0h时，可识别到微弱的R波运动，当曲面体波的入射角超过一定临界角(r约为5.0h)时，R波充分形成且可被明显识别；岩石钻孔爆破中，随着r增大，爆源激发的P波逐渐向水平向偏转，将主要贡献于水平向的振动，爆源激发的S波逐渐偏离其优势辐射方位，R波充分形成时，S波的分量很微弱且易被R波覆盖，在r超过(25.0～35.0)h时，R波将主导竖直向的地表振动。