预裂爆破震动效应试验研究

Abstract：In order to study the vibration effect of presplit blasting，blasting vibration and sound wave tests are conducted in the foundation pit of Shidao Bay Nuclear Power Station in Shandong Province，China. Based on the change rate of sound wave velocity before and after blasting，damage depth of bedrock is determined. The attenuation law of site blasting vibration is obtained through in-situ test. The test results indicate that，under the same lithology the bedrock damage depth increases linearly with maximum charge weight per delay interval，and increases exponentially with the increase in peak particle vibration velocity. The degree of rock mass damage increases with the reduction in distance from explosion source. Presplit blasting mainly affects the upper part of rock mass. Furthermore， based on field test， the relationship between damage depth of bedrock caused by blasting and peak particle vibration velocity of rock mass 30 m away from explosion source is established；and peak particle vibration velocity is adopted as the reference parameter to be the safety control standard of presplit blasting excavation. It is shown that the controlling method effectively ensures safety of rock mass under presplit blasting excavation in foundation pit slope. Key words： mechanics of explosion； presplit blasting； vibration effect； sound wave； rock mass damage； experimental study
[20]
研究了质点峰值震动速度与岩体损伤
的对应关系。用质点峰值震动速度法预测爆破震动 效应，必须要知道岩体质点震动速度，这样很难预 测爆破震动对爆孔下卧基岩影响。
用跨孔法超声波检测试验炮
孔，发现预裂爆破比普通小孔径松动爆破对边坡内 部岩体的损伤程度小。 基于以上分析可知，预裂爆破能减少和阻隔后 续主爆破对保护区岩体的影响，但对预裂爆破本身 引起的震动效应研究较少。目前对预裂爆破震动效 应研究主要集中在初步理论分析和少量试验上，对
Y. Q. Zhang等[28
，29]
认为，在爆破荷载作用下：
爆孔以下损伤区的深度小于损伤区的半径，且损伤 区半径与损伤区深度的比例约为 3∶1。因此，在预 裂爆破中只须控制爆孔下卧基岩损伤深度即可。 为克服钻孔声波法和质点峰值震动速度法检测
第 29 卷
第 11 期
唐
海，等. 预裂爆破震动效应试验研究
[19] [1， 17， 18]
PPV CP [ ]
(2)
式中： PPV 为质点峰值震动速度，CP 为岩体纵波速 度， [ ] 为岩体极限拉应变。 如已知预裂爆破所引起岩体质点震动速度， 采用 质点峰值震动速度判据能预测岩体损伤范围。卢文 波等[19
， 22 ～ 27]
采
用分节分段起爆预裂炮孔，通过控制预裂爆破药量 认为，预裂爆破对保护区岩 体损伤主要取决于炮孔内爆生气体压力随时间变化
分别运用断裂力学和DYNA程序研究预裂
缝扩展， 均得出预裂爆破裂缝首先从孔壁开始产生， 并沿炮孔连心线扩展。但由于预裂爆破通常只有单 自由面而受到夹制作用较大，导致预裂爆破本身产 生震动较大， 从而对保护区的岩体造成损伤。 杨 溢 等 [16] 运用灰色系统理论对一矿山预裂爆破的震动 效应进行了多因素灰色关联分析，得出药量是影响 预裂爆破震动效应的最大因素。 谢永生等 来降低震动。卢文波 的历程曲线。杨年华
• 2278 •
岩石力学与工程学报
2010 年
预裂爆破本身造成保护区的损伤和评价标准缺少系
1
引
言
统的研究。结合山东石岛湾核电站基坑预裂爆破实 例，研究了预裂爆破震动效应及震动造成保护区岩 体损伤评价标准，为进一步研究预裂爆破震动效应 提供思路。
一方面，在主爆孔起爆前，预裂爆破通过在主 爆区和保护区之间形成一条具有一定宽度和深度的 预裂缝，以阻断后续主爆孔爆破所产生的爆炸应力 波向预留岩体传播，从而减少和阻隔爆破震动对保 护区岩体的破坏；另一方面，主爆区伸向保护区的 裂缝，在预裂缝处被切断，这样能维持保护区岩体 的完整性。因此，预裂爆破以其较好的减震和阻隔 作用得到广泛的应用
[1～6]
2
预裂爆破损伤范围确定方法
2.1 钻孔声波法 在工程实践中，通常采用电力部门规定的钻孔 声波观察法，判断爆破对保护岩体的影响。规范[21] 采用同部位的爆后波速( CP2 )与爆前波速( CP1 )的变 化率( )来判断爆破对岩体的影响程度，其变化率 为
。为弄清预裂爆破成缝、
～15]
减震机制， 建立岩体分析模型， R. Badal等[7
• 2279 •
岩体损伤的缺陷，并参照夏 祥[30]的研究，在预裂 爆破后，采用钻孔声波法检测爆孔下卧基岩损伤范 围，并取距爆源 30 m质点峰值震动速度，建立质点 峰值震动速度与对应爆破影响下卧基岩深度的函数 关系，进而确定以速度为参考指标的预裂爆破安全 控制标准。
合基坑施工爆破，求出场地爆破震动衰减规律；声 波测试是通过对比爆破前后预裂炮孔声波速度变化， 求出爆破对下卧基岩损伤深度。测点布置见图 1。在 基坑试验的目的是为了求出爆破对下卧基岩损伤深 度在允许范围的爆破震动安全阈值。在核岛基坑边 坡试验时，爆破震动测试是在距爆源 30 m 处基岩 面上布置一个测点控制震动速度，研究爆破震动对 下卧基岩的影响；声波测试是通过对比预裂爆孔后 方声波孔在爆破前后速度变化，求预裂爆破对保护 岩体损伤范围。在核岛基坑边坡试验目的是检验基 坑试验成果的可靠性。 在基坑试验中，炸药为 2#岩石乳化炸药，孔径 均为 89 mm，施工区爆破参数为：炮孔深度为 6 m， 孔距为 3.5 m，排距为 3 m，装药结构为耦合装药。 预裂孔爆破参数为：孔深为 8 m，孔距 0.8 m，距第 一排主爆孔距离为 3.5 m ，线装药量为 q = 0.28
第 29 卷 第 11 期 2010 年 11 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.29 No.11 Nov.，2010
预裂爆破震动效应试验研究
唐 海1 2，李海ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2，周青春2，夏
，
祥2，刘
博2，李俊如2
(1. 湖南科技大学 煤矿安全开采技术湖南省重点实验室，湖南 湘潭 411201； 2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071)
[9]
进行
了很多研究。邹奕芳 通过现场研究了预裂爆破减 震效果，发现当有预裂缝存在时，离预裂缝的部位 越近，减震效果显著；当爆心距增大时，隔震效果 降低。张 喆和王幸荣[10]用ANSYS/LS-DYNA模拟了 预裂缝宽度对减震效应影响，研究结果表明：在一 定范围内(即在r≤r 0 ，r 0 为定值)，减震效果随着预 裂缝缝宽的增加而增加，当缝宽r≥r 0 时，缝宽对预 裂缝减震效果的影响减弱。蔡路军和马建军
摘要：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。 关键词：爆炸力学；预裂爆破；震动效应；声波；岩体损伤；试验研究 中图分类号：O 38 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)11–2277–08
[12] [11]
1 CP2 / CP1
(1)
当 ≤ 10% 时， 爆破对岩体无影响或影响甚微； 当 10%＜≤15% 时，爆破对岩体影响轻微；当 ＞
15%时，爆破对岩体有影响。
检验预裂爆破对保护区岩体影响时，需要剥离 爆区的岩体，但岩体开挖伴随着岩体卸荷，此时， 用钻孔声波法确定爆破对岩体损伤范围中，还包含 了岩体因卸荷而引起的松驰影响[22]。因此，采用钻 孔声波法检测预裂爆破对岩体损伤时，应在剥离爆 区的岩体之前进行。 2.2 质点峰值震动速度法 在爆破工程界，目前多采用质点峰值震动速度 来判断爆破对岩体损伤，质点峰值震动速度判据的 理论依据是一维应力波理论[23]：