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《长江科学院》 2007年
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岩石高边坡爆破开挖安全评价

朱学贤  
【摘要】: 爆破是目前岩石边坡开挖的主要方法。岩石边坡爆破开挖过程中,由于爆炸应力波和爆生气体的联合作用,在完成岩石爆破破碎的同时,也带来岩石高边坡爆破振动动力稳定性和对保留岩体产生的动力损伤问题。 爆破振动对岩石高边坡的动力稳定性影响问题,涉及到工程地质力学、爆炸力学及岩石动力学等多个科学领域,属于多学科交叉的力学边缘问题,也是我国西南、西北等高山峡谷地区大型水电工程建设过程中亟需解决的关键性技术问题。因此,该问题的深入研究具有较高的理论价值和重要的工程应用意义。 本文就岩石高边坡爆破开挖安全分析和评价方法、爆破振动荷载特性、高边坡爆破振动动力响应特性、高边坡爆破动力稳定数值方法以及边坡爆破动力稳定安全判据和标准等方面进行了一系列研究,并针对锦屏一级水电站高边坡的特点,选用合适的分析方法对爆破开挖对高边坡的影响进行评价。 (1)分析爆破开挖对边坡稳定性影响和破坏方式,并对国内外关于岩石高边坡开挖爆破安全分析和评价方法进行总结。 (2)基于时程法,采用潜在滑裂面的抗剪断强度比值法分析研究高边坡在爆破振动荷载作用下的动力稳定性。该法综合考虑了爆破振动的荷载大小、作用时间以及边坡自振频率等,可以得到边坡爆破振动稳定安全系数随时间的变化规律,较好地反映了边坡稳定性在爆破过程中的变化历程,能够合理地评价爆破开挖对边坡稳定性影响。 (3)用LS-DYNA模块中内建的高性能炸药材料及炸药状态方程研究爆破振动荷载特性及微差爆破中的爆破振动叠加效应。通过单孔、多孔爆破数值模拟对比,微差爆破延迟时间、爆心距等因素对爆破振动叠加效应的影响,得到了爆破振动叠加放大系数随爆心距的变化关系。 (4)分别采用爆破损伤影响范围的理论公式、LS-DYNA中炸药与岩石共节点的流固耦合法进行计算,两者计算结果相近。 (5)研究了锦屏一级水电站高边坡爆破开挖时的振动控制标准,提出了左、右岸根据爆破对高边坡破坏的机理不同而制定不同的控制标准。由于左岸的地质特点,存在潜在滑动面,爆破开挖对边坡的稳定性有一定的影响,边坡爆破开挖首要要考虑的是爆破振动对潜在滑动体的影响;而在右岸,爆破振动对高边坡动力稳定性的影响仅限于边坡岩体的表层,爆破振动不至于影响边坡的整体稳定性,岩石高边坡爆破开挖安全控制标准的制定是按照爆破近区边坡坡脚或台阶顶部岩体开裂或掉块等损伤程度而确定的经验判据。
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