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城市岩体开挖爆破振动效应及安全控制研究

赵新涛  
【摘要】:许多岩土工程都使用爆破进行石方开挖,爆破在能够带来便捷的同时也产生了一些灾害效应,爆破振动灾害效应便是其中之一。在城市中使用爆破进行岩体开挖,爆破振动不仅对建构筑物造成破坏,还使人们的心理受到伤害,因此必须予以控制。鉴于此,本文采用理论研究和现场试验相结合的方法,对岩体爆破振动效应、爆破振动安全判据和爆破振动安全控制进行了深入的研究,具体进行了以下研究: ①分析了爆破地震波的产生机理和其所具有的特征,讨论了爆破振动与自然地震的区别,分析了不同装药结构的炮孔内壁上最大压力的计算方法。 ②分析了单个柱状药包和球形药包在岩体中起爆引起的岩体振动效应,针对以前爆破振动模型的不足,改变作用在炮孔内壁上的动压力,将岩体体系简化为单自由度体系,运用结构动力学建立了单个柱状药包和球形药包在岩体中起爆引起岩体振动的模型。采用经验方法和理论方法对群药包同时起爆引起的岩体振动效应进行了分析,得到了爆破振动强度的分布规律。 ③研究了爆破地震波在结构强面和结构弱面处的反射与透射,通过算例,分析了反、透射波的位移振幅随入射角的变化规律,以及爆破地震波的传播效果随入射角的变化规律。推导出了结构面临界入射波位移振幅和临界安全振速的表达式,建立了计算结构弱面两侧岩体滑动位移差的公式,分析了结构弱面两侧岩体相互错动程度随入射角的变化规律。建立了爆破地震波通过软弱夹层的应力衰减模型,并通过一算例进行了计算,得到了软弱夹层厚度及距爆源距离与爆破地震波应力及能量衰减的关系。 ④进行了岩体爆破振动速度的现场监测试验,对建立的单个柱状药包和球形药包起爆引起岩体振动的模型进行了验证。进行了最大振速预测试验,提出了一种监测点布置方法。进行了软弱夹层影响爆破振动信号的试验,得到了软弱夹层对爆破振动信号的影响规律,依据影响规律提出了采用爆破振动信号来识别软弱夹层的近似简便方法。 ⑤分析了爆破振动三要素、爆破振动累积效应以及建构筑物本身物理特性对建构筑物在爆破振动作用下的破坏机理的影响,对已有爆破振动安全判据进行了评价。针对已有安全判据的不足之处,在建构筑物爆破振动破坏机理的基础上建立了新的安全判据,并通过现场试验对所建立的安全判据进行了验证。 ⑥按照岩体完整性系数将爆破地震波传播途经的地质条件进行量化,并纳入相关因素变量,采用灰色关联方法得出了影响爆破振动效应因素的重要度顺序。根据影响因素的重要度顺序,制定了六点安全控制措施,并通过现场试验验证了安全控制措施的实效性。


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