一种高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值的预测模型

作者:范勇;卢文波;周宜红;冷振东;严鹏; 刊名:岩土力学 上传者:王东青

【摘要】高地应力条件下深部岩体爆破开挖过程中,炸药爆炸产生的能量和岩体开挖释放的应变能共同构成了振动的能量源.采用传统的基于单响药量的萨道夫斯基经验公式及其改进公式预测高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值精度不高.通过量纲分析,提出了一种基于能量平衡原理的振动峰值预测模型.结合锦屏二级深埋引水隧洞爆破试验,以上半洞实测振动数据为学习样本,训练模型;以下半洞实测振动数据为对比样本,检验模型.结果表明:与传统预测模型相比,预测模型具有较高的拟合相关系数和较低的预测均方根误差,可以更好地应用于高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值的预测.

全文阅读

1ar-i-^深部岩体爆破开挖过程中,伴随着炮孔中炸药的引爆,巨大的能量以冲击波和高温、高压气体的形式释放[1],并造成炮孔周围岩体破碎,形成新的开挖轮廓面。当爆炸荷载衰减至地应力水平时,被开挖岩体对保留岩体的初始应力约束被瞬间移除,这一现象被称为地应力的瞬态卸荷[2]。爆炸荷载和 瞬态卸荷均会在围岩中诱发振动,二者相互叠加构成了深部岩体爆破开挖产生的合振动(耦合振动)。作为一种人工活动诱发的地质灾害,爆破开挖产生的振动不仅影响地下洞室的安全和稳定,而且危及人类生命和财产的安全[3_4]。因此,爆破振动的研究.一直受到广大工程师及学者的重视。国内外许多学者在爆破振动的衰减规律及其预测方面取得了大量的成果。闰鸿浩[5]、李新平[6]、 宋全杰[7]等采用现场试验分析了爆破振动的传播规律;何蕴龙[8]、唐海[9]、夏祥[1<)]等采用数值模拟研究了爆破振动计算方法及其衰减特征;毕卫国[11]、吕涛[12]、KhandelwaP]、DehghW14]、Kamali[15]、Mohamadnejad[16]、Ghasemi[17]等采用理论分析改进了爆破振动的预测公式。绝大多数以上研究均基于萨胃$斯基么<3【18]:_fQy^rVpp=^,^J(1)式中:2为单响药里;r为爆心距;vpp为力质质点峰值振动速度;A、a分别为与爆破场地环境相关的系数和衰减指数。该公式反映出了炸药作为能量源对爆破振动的影响,可以较好地用于露天爆破振动的预测。然而对于高地应力条件下深部岩体爆破开挖,除了炸药外,开挖过程中岩体释放的应变能也是振动的能量源[19]。这使得采用仅考虑单响药量的萨道夫斯基公式及其相关的改进公式预测深部岩体爆破开挖诱发振动峰值的精度不高。炸药爆炸释放的能量和岩体开挖释放的应变能共同构成了深部岩体爆破开挖诱发振动的能量源。本文基于这一思想认识,通过计算两部分能量的大小,采用量纲分析,提出了一种高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值的预测模型,并结合锦屏二级水电站引水隧洞的爆破试验,训练和检验了该预测觀的合雜、科学性。2深部岩体爆破开挖诱发振动能量源深部岩体开挖过程中,岩体应变能释放诱发的振动与炸药起爆产生的振动具有可比性,甚至会超过后者,二者相互叠加构成了深部岩体爆破开挖产生的振动(耦合振动)[19~M]。耦合振动叠加的不明确性导致从力学的角度来推导其衰减公式比较困难。因此,本文尝试从能量的角度做分析。2.1炸药爆炸用于产生振动的能量炸药辦賴释麵能量分为4部分:用于破碎岩石的能量五f,用于抛掷碎石的能量及,用于产生振动的能量五V,剩余无法统计的能量尽。该能量平衡系统可采用下式描述:EE=f+Ek+E+E(2)''kVF式中:设为炸药能量,采用下式计算:Ee=QW(3)"式中:F为炸药爆热。 Sanchidrian等[21]根据球面波理论提出了爆源中远区振动能量仄的计算方法:_2{T2'Ev=4nrpCLvdt(4)式中:v为振动速度,等于水平向、竖直向、垂直向振动速度的矢量和;T为振动持续时间;d/为振动持续时间的微分;为岩体密度;Q为纵波波速。该公式既可计算爆炸荷载产生振动的能量vb,又可计算开挖卸荷诱发振动的能量仏。爆破振动能量效率7可以定义为用于产生振动的能量vb占炸药能量私的百分比,即;7=&xKK)%(5)心根据F、0和vb即可求出振动能量效率?7。2_2考虑在高地应力条件下,采用钻爆法开挖体积为K的岩体,则在新形成的开挖轮廓面(面积为S)上,开挖岩体对保留岩体的应力约束瞬间释放。爆破开挖引起的瞬态卸荷势必导致岩体中的能量发生变化。新的能量系统由4部

参考文献

引证文献

问答

我要提问