爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据
爆破对顺层岩质边坡稳定性的影响
爆破对顺层岩质边坡稳定性的影响王曙光;吁燃【摘要】爆破作为边坡开挖的一种快速有效手段,广泛应用于土建施工中;而其爆炸冲击和爆轰气体对岩体节理面的锲入作用,对临近爆破区的边坡稳定性有负面影响.建立考虑爆破作用对边坡影响的计算模型,采用极限平衡法,从静力状态、爆破松动破坏、爆破振动3方面定量分析爆破作用对边坡的影响,并通过实际算例,对边坡稳定性进行分析计算,以验证爆破对边坡稳定性的影响.%As a rapid and effective way for excavation of side slopes,blasting is extensively applied in civil construction;while the mounting effect of its explosive impact and detonation gases to joint surface of rocks raises negative influences on stability of side slopes adjacent to blasting area.This paper establishes a computing model in consideration of influences of blasting effect on side slopes,and quantitatively analyzes influences of blasting effect on side slopes from 3 aspects including static states,blasting loosening damage and blasting vibration by means of the limit equilibrium method;and analyzes and calculates stability of side slopes via actual calculation examples to verify influences of blasting on stability of side slopes.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】5页(P17-21)【关键词】稳定性分析;爆破作用;极限平衡法【作者】王曙光;吁燃【作者单位】贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司,贵阳 550001;贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司,贵阳 550001【正文语种】中文【中图分类】U416.1+4顺层岩质边坡稳定性与岩体结构特征、产状，地下水位，岩体完整性及爆破振动等相关，其涉及到工程地质学、岩土工程学、爆炸力学以及地震工程学等学科的相关内容，其稳定性分析一直困扰着工程设计人员。
爆破振动对边坡稳定性的影响分析
1引言边坡稳定性评价是岩土工程经常遇到的问题,特别是近年来,随着我国大量基础设施的建设,出现了许多由于不合理的工程爆破而导致边坡失稳的例子。
目前的地震波衰减公式是经验型、半经验型的，由于地质条件的复杂性，难以从理论上完全推导合适的衰减公式，爆破振动动力响应机制研究极不成熟，目前只局限于数值分析[1]。
本文先是通过理论计算预测在隧洞掘进过程中的爆破振动对边坡结构稳定的影响，然后利用ABAQUS有限元分析软件对边坡结构进行显式分析计算，分析短暂的脉冲荷载作用下某边坡的稳定性，旨在为类似工程的设计和施工提供指导。
2爆破施工对边坡结构稳定性影响的理论计算分析本文结合实际工程，采用标准推荐的萨道夫斯基公式（见式（1））预测爆破掘进过程中某水库坝体边坡的质点振动峰值速度（PPV），并参照《爆破安全规程》（GB6722-2003）的规定评价爆破施工对周边环境的影响。
V=K（Q1/3R）α（1）式中，V为地震动质点的最大速度,cm/s；Q为炸药量，kg；K与α为与介质特性有关的参数，根据工程所在地区的地质条件，K取200，α取1.5；为爆心距，m。
根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）的规定，爆破振动控制标准见表1。
2.1隧洞的几何与爆破参数以其中一个隧洞的爆破施工为例，隧洞的洞长为2572m，截面形状为城门洞形，截面尺寸为3m×3m，岩石坚固性系数为12，开挖方式为全断面一次开挖，孔径为42mm，单次掘进循环进尺为1.8m，炸药单耗为1.9kg/m3，同段起爆最大药量9kg，水库坝体边坡离爆源的距离为1050m。
2.2计算结果分析通过理论计算得出水库坝体的峰值质点振动速度（PPV）为0.03cm/s，小于《爆破安全规程》（GB6722-2003）规范中的允许值，故隧洞在掘进过程中的爆破振动对水库坝体边坡的影爆破振动对边坡稳定性的影响分析Analysis on the Influence of the Blasting Vibration on the Slope Stability郭文章（南京市测绘勘察研究院股份有限公司，南京210005）GUO Wen-zhang(NanjingInstituteofSurveyingMappingand GeologicalInvestigationCo.Ltd.,Nanjing210005,China)【摘要】爆破振动是影响边坡稳定性的一个重要因素之一。
爆破振动对边坡稳定性影响的研究
爆破振动对边坡稳定性影响的研究
由于我国经济进入高速发展阶段,伴随着的是基础工程建设项目数量的剧增。
爆破技术因其简便,快捷,成本低等特点而被广泛应用于基础工程建设当中。
我国是一个多山地的国家,存在着大量的天然高陡边坡,在矿山开采,隧道开挖过程中也会形成一定量的高陡边坡。
随着爆破技术在工程中的应用,爆破产生的此生灾害也越来越严重。
边坡的稳定性和人民的生命财产安全相关息息相关。
研究爆破振动波的特性、衰减规律,探讨爆破振动对边坡稳定性的作用效应,控制爆破振动强度,减小爆破振动造成的次生灾害具有较强的社会和经济效益。
爆破振动波具有复杂性、随机性、衰减快,振动频率范围广,振动持续时间短等特点。
边坡动力破坏的类型集中体现为崩落、倾覆坍塌、滑坡与座落等形式,爆破地震波的特性较多,每种参量造成的失稳机理也不相同。
本文着眼与爆破振动对边坡的稳定性影响,通过对爆破施工现场爆破地震波的现场监测,对监测数据进行处理,作出爆破振速随时间变化的曲线,结合《爆破振动安全规程》判断边坡的稳定性。
同时选取矿山村边坡的最危险10-10′剖面运用slide软件进行静力和动力分析。
在计算过程中分别模拟自然工况,降雨工况、地震工况和各种工况的随机组合,对坡体滑面和深部的最小稳定系数进行分析,各种工况的计算结果均能满足工程稳定性要求,结合监测数据综合分析评定
边坡的稳定性,为同类型的边坡施工提供参考依据。
软弱夹层边坡开挖稳定性分析及加固效果研究
摘要本文以某航运枢纽的鱼道边坡开挖工程为研究背景，采用离心模型试验与数值模拟相结合的研究方法，首先对不同软弱夹层边坡失稳破坏模式及边坡失稳破坏机制、边坡软弱夹层参数变化对边坡稳定性的进行分析；然后对边坡开挖后的稳定性进行分析，并对开挖边坡采用抗滑桩加固，分析抗滑桩加固后的效果及抗滑桩加固边坡稳定性的影响因素展开研究，主要研究成果及结论如下：（1）无软弱夹层边坡为张裂-滑移破坏模式；含有一条水平软弱夹层的边坡变形破坏模式为平推式滑移破坏；倾斜软弱夹层边坡破坏模式为倾斜夹层上方表现为沿软弱夹层块体滑移模式，倾斜夹层后方坡体表现为弧形滑坡；有倾斜与水平两条软弱夹层边坡破坏模式为倾斜夹层上方坡体呈块体滑移，倾斜软弱夹层与水平夹层之间的土体则呈平推式滑移模式。
（2）边坡开挖后稳定性明显降低，开挖后整个边坡应力状态重新调整分布，边坡如若发生破坏，即以“拉一剪”破坏模式为主。
（3）抗滑桩的上部产生了向开挖临空面的弯曲变形，而桩的下部则基本不出现变形，呈现较好的锚固状，桩前被动土压力呈“D”形状的分布特点，桩后的主动土压力呈现“R”形状的分布特点，桩前被动土压力主要在锚固端以下部位分布，且被动土压力值要远大于桩后的主动土压力值；抗滑桩的存在，在一定程度上起到阻止了坡体向下的滑动变形，对于边坡的稳定性有所提高。
（4）嵌岩深度适当增加能够提高坡体对桩的嵌固作用，能有效提高边坡的稳定性，并且能有效限制抗滑桩的水平位移，当抗滑桩嵌固深度的增加到一定深度后，抗滑桩位移及安全系数的变化不再明显，针对此工程实例，10m 为最经济合理的嵌固深度；随着抗滑桩刚度的增大，抗滑桩对于抵抗剪力和弯矩的能力增加，抗滑桩桩顶的水平方向位移逐步减小，边坡安全系数逐渐增大，但随着抗弯刚度增大到一定程度后，边坡上部坡体达到屈服破坏，抗滑桩对边坡安全系数影响不再明显。
关键词：软弱夹层边坡；离心模型试验；破坏模式；失稳机制；边坡开挖；抗滑桩加固ABSTRACTThis paper regards the slope of a fishway shipping hub of excavation engineering as the research background. Firstly, the failure modes and failure mechanism of slope failure modes and the slope stability are analyzed with the research method of combining centrifugal model test and numerical calculation; and then, the stability of the slope after excavation is analyzed with the same method. After that, the slope of the excavation is reinforced by anti slide pile and the author analyzes the effect of anti slide pile and carries on a research on the influence factors of the stability of slope reinforced by anti slide pile.The main research results and conclusions are as follows:(1)The slope with no weak interlayer is a fracture and slip failure mode. The deformation and failure mode of the slope with a horizontal weak layer is the sliding mode. The failure mode of inclined weak interlayer slope is the performance of the sliding mode along the weak interlayer in the upper part of the inclined interlayer. The failure mode of the two soft interlayer slope is inclined to the horizontal slope. The failure mode of the slope is a block sliding, and the soil between the inclined soft layer and the horizontal layer is in the sliding mode.(2)After excavation,the stability of slope is obviously reduced and the stress state of the whole slope is readjusted. If the slope failures, the "pull and cut" mode should be main failure mode.(3)The upper part of the slide pile excavation had to free face bending deformation, while the lower part of the pile is basically no deformation showed good anchor-shaped, passive earth pressure before the pile was a "D" shaped distribution, after the pile active earth pressure presents "R" shape distribution, passive earth pressure in front of the pile, mainly in the following parts of the anchor end of the distribution, and the passive earth pressure value is much larger than the value of active earth pressure after the pile; the presence of anti-slide pile, to a certain extent on play to prevent the slide down the slope deformation, for slope stability has improved.(4) An appropriate increase in the depth of rock - socketed is possible to improve the role of fixed slope on the pile, and can also effectively improve the stability of the slope, and can effectively limit the horizontal displacement of the slide pile. When the embedded depth of anti slide pile is increased to a certain depth, the change of the displacement and safety factor of anti slide pile is no longer obvious,For this engineering example, 10m is the most economical and reasonable embedded depth . With anti slide pile stiffness increases, anti slide pile to resist shear force and bending moment increase, the horizontal displacement of the top of the anti slide pile is gradually reduced and safety factor of slope increases gradually. But with the increase of bending stiffness to a certain degree, the upper slope of the slope reaches the yield failure, and the influence of the anti slide pile on the safety factor of the slope is no longer obvious.Key words: Soft interlayer slope; Centrifugal model test; Failure mode; Instability mechanism; Slope excavation; Anti slide pile reinforcement目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论1.1研究目的及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1边坡稳定性分析方法研究现状 (2)1.2.2软弱夹层边坡研究现状 (6)1.2.3开挖边坡研究现状 (7)1.2.4边坡加固措施研究 (8)1.3本文研究的主要内容 (10)第二章软弱夹层边坡离心模型试验2.1离心模型试验原理 (11)2.1.1土工离心模型试验的意义 (11)2.1.2土工离心模拟的相似性 (11)2.1.3土工离心模型试验误差分析 (14)2.2离心模型试验设计 (15)2.2.1试验目的 (15)2.2.2试验设备及参数 (15)2.2.3模型设计及传感器布设 (16)2.2.4模型材料相似及力学性质 (17)2.2.5模型的制作及设备安装 (21)2.2.6加载方式 (22)2.3离心模型试验结果分析 (23)2.3.1位移变化分析 (23)2.3.2模型变形过程分析 (24)2.4本章小结 (25)第三章软弱夹层边坡稳定性分析模型3.1 ABAQUS软件简介 (27)3.2有限元强度折减法基本理论 (28)3.2.1有限元强度折减法基本原理 (28)3.2.2有限元强度折减屈服准则 (29)3.2.3强度折减法在ABAQUS中的实现 (29)3.2.4强度折减法中边坡失稳判据 (30)3.3数学模型的建立 (31)3.3.1模型计算域的选取及边界条件 (31)3.3.2材料参数的确定 (32)3.3.3模型单元选择及网格划分 (32)3.3.4边坡开挖模拟方法 (32)3.4数学模型验证 (33)3.4.1地应力平衡 (33)3.4.2数学模型与离心模型试验结果验证 (34)3.5本章小结 (34)第四章软弱夹层对边坡稳定性影响研究4.1概述 (36)4.2软弱夹层边坡失稳模式及机制分析 (36)4.2.1数值计算模型 (36)4.2.2计算结果分析 (37)4.3夹层参数对边坡的影响研究 (42)4.3.1夹层黏聚力对边坡的影响 (42)4.3.2夹层内摩擦角对边坡的影响 (45)4.4本章小结 (49)第五章边坡开挖稳定性分析及加固效果研究5.1软弱夹层边坡开挖稳定性影响分析 (51)5.1.1位移场分析 (51)5.1.2应力场及塑性区分布 (52)5.1.3边坡稳定性分析 (53)5.2抗滑桩支护开挖边坡稳定性分析 (54)5.2.1安全系数分析 (54)5.2.2滑动面分析 (54)5.2.3抗滑桩性状分析 (55)5.3抗滑桩支护开挖边坡稳定性影响因素分析 (56)5.3.1抗滑桩嵌固深度对边坡稳定性的影响 (56)5.3.2抗滑桩抗弯刚度对边坡稳定性的影响 (58)5.4本章小结 (59)结论与展望 (61)参考文献 (64)致谢 (69)附录A（攻读学位期间所发表的学术论文） (70)附录B（攻读学位期间所经历的科研项目） (70)第一章绪论1.1研究目的及意义近年来，随着我国国民经济的持续、快速发展，我国的水利工程建设事业取得了相当不错的成就，为经济社会发展提供了坚实的基础。
爆破振动对边坡稳定性的影响分析
爆破振动对边坡稳定性的影响分析作者：郭文章来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2018年第08期【摘要】爆破振动是影响边坡稳定性的一个重要因素之一。
论文结合实际工程通过计算及利用ABAQUS有限元分析软件详细分析了边坡在爆破振动作用下振动速度场的变化规律以及爆破振动特征。
这对于研究边坡在爆破荷载作用下的稳定性具有重要意义，所获得的结果也对类似工程具有重要的指导价值。
【Abstract】Blasting vibration is one of the important factors that affect the stability of slopes. Combined with the practical engineering， through calculating and using the ABAQUS finite element analysis software， the paper makes a detailed analysis of the change regulation of vibration velocity field and the blasting vibration characteristics of the slopes under the function of blasting vibration. It is of great significance for studying the stability of slope under the impact of blasting load. The results obtained also have important guiding value for similar projects.【关键词】爆破振动；边坡稳定；脉冲荷载；ABAQUS【Keywords】blasting vibration；slope stability；impulsive load；ABAQUS【中图分类号】TU452 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）08-0130-031 引言边坡稳定性评价是岩土工程经常遇到的问题，特别是近年来，随着我国大量基础设施的建设，出现了许多由于不合理的工程爆破而导致边坡失稳的例子。
露天矿深孔爆破振动作用下边坡的稳定性分析
露天矿深孔爆破振动作用下边坡的稳定性分析随着矿山企业的发展,露天采矿生产机械化成为大规模生产的主要发展趋势。
为了满足机械化生产的需求,露天矿深孔爆破技术被广泛应用到矿山的生产当中。
在满足了生产需求的同时,爆破振动对周围建(构)筑产生的危害也日益凸显,矿
区内边坡的稳定性不仅影响着矿山企业日常生产中运输的通畅、采掘的进度和生产设备的安全,甚至会对企业工作人员的生命财产产生威胁因此有必要对爆破振动作用下边坡的稳定性进行分析。
本文以扶绥某露天石灰岩矿的生产爆破为研究背景,首先分析了影响边坡稳定性的内在因素和外在因素,详细论述了爆破振动
产生的机理和传播的特征。
通过现场爆破监测获得了相关的记录数据,利用萨道夫斯基的经验公式对实测数据进行回归分析,进一步探讨爆破振动的传播规律。
然后利用拟静力方法计算爆破振动荷载作用下边坡的安全系数,综合分析了不同条分法的计算结果。
最后以静力弹塑性理论为基础,利用有限元软件COMSOL对边坡在爆破荷载作用下
的安全系数进行强度折减计算,并对边坡在爆破振动作用下的应力应变进行了模拟。
根据不同的分析方法,总结归纳得出了边坡在爆破振动作用下处在稳定安全状态。
岩土开挖爆破震动效应安全判据的探讨
岩土开挖爆破震动效应安全判据的探讨摘要：岩土开挖爆破作业引起的振动，影响邻近结构的地基，影响结构的安全。
所以，爆破振动效果必须控制在安全范围内，合理确定爆破振动效果的安全判据十分重要。
关键词：爆破；振动速度；频谱；作用时间；安全判据通过理论分析和爆破振动监测数据的影响，最后讨论了爆破地震波的频谱，作用时间的影响建立爆破振动安全判据的影响，提出了基于粒子振动速度峰值和辅助，地震波频谱和时间尺度的安全标准和确定合理的爆破参数、爆破参数来减少地震强度、频谱，行动时间危害建议。
一、普遍采用的爆破震动效应安全判据目前，爆破振动效果的安全判据通常用单一的爆破振动强度因子(颗粒振动位移、速度和加速度)来描述。
大多数学者认为，颗粒振动速度与建筑物(结构)的破坏和结构失稳关系最为密切，颗粒振动速度在建筑物(结构)的破坏中起着重要作用。
因此，采用颗粒的峰值振动速度来评价爆破振动效果。
它的优点是爆破地震波所携带的能量与产生的地应力有关，与结构中产生的动能和应变(应变)力有关。
有学者建议用颗粒的振动加速度来评价爆破振动的效果。
其原因是颗粒的振动加速度与爆破振动产生的惯性力密切相关，便于爆破振动荷载的转换和结构应力的分析。
规定的代码中地面粒子的振动速度峰值的建筑(结构)的建筑应该作为标准评价爆破振动效应是否安全，和主要的标准价值类型的建筑(结构)建筑物(称为安全振动速度的代码)应该被指定。
根据波动理论，爆破地震波可以合理地假定为由不同振幅和不同圆频率的简谐波组成。
爆破地震的各强度描述因子(位移、速度和加速度)是频率和时间的函数，各物理参数相互关联。
对于特定结构，其振动响应由结构本身的峰值、谱组成、振动持续时间和振动特性参数决定。
广泛应用于当前工程峰值质点振动速度控制爆破振动安全判据的影响，使得过去的爆破地震波传播规律的研究，往往只注意峰值质点振动速度的衰减，爆破地震波的分布频率和时间，爆破地震波衰减规律研究的作用。
虽然简单地将颗粒的振动峰值速度作为爆破振动效果的安全判据简单易行，但经过大量的爆破振动效果监测，仍存在一些不足。
爆破振动作用下顺层岩质边坡稳定性研究
爆破振动作用下顺层岩质边坡稳定性研究随着社会的进步、国民经济的发展，在公路、铁路、水利水电、露天矿山等建设中经常遇到顺层边坡，同时顺层边坡也是危害性最大、治理最难的边坡。
采用拟静力法时，如何合理选择拟静力系数，以评价和研究爆破震动效应对顺层边坡的影响已成为当前岩土工程界、爆破工程界亟待解决的一项重要课题。
结合峨嵋水泥厂石灰石露天矿山的工程实际，以及爆破的特点，设计小型爆破振动试验台，采用理论推导、实验室模拟试验、现场实际爆破设计相结合的手段，较为系统地研究了爆破荷载作用下顺层边坡的稳定性问题。
（1）分析了影响顺层岩质边坡变形破坏的主要因素。
鉴于滑坡体系统的静力稳定性分析方法已经成熟，而滑坡体系统在爆破荷载作用下的稳定性问题尚处于探讨之中。
所以，拟静力法常被采用来分析研究边坡的稳定性安全系数。
（2）采用极限平衡法，按照摩尔一库仑准则，建立了顺层岩质边坡在作用于条块质心爆破荷载、边坡表面卸荷载作用下稳定性安全系数的数学表达式。
①从爆破荷载作用方向看，水平向外爆破荷载、垂直向下爆破荷载以及水平方向夹角较大的水平向外爆破荷载和垂直向下爆破荷载的联合爆破荷载不利于顺层边坡稳定。
②天然状态的潜在滑坡体受水平向外爆破荷载作用时，顺层岩质边坡体的稳定性安全系数与水平向外爆破荷载拟静力系数间呈负指数关系：水平向外爆破荷载拟静力系数每从0起增加0．05，存在层裂长度的顺层边坡稳定性安全系数减少7．786％-10．665％，不存在层裂长度的顺层边坡稳定性安全系数减少7．61％-10．546％。
③当潜在滑坡体处于天然状态时，顺层岩质边坡体的稳定性安全系数与垂直向下爆破荷载拟静力系数间呈S曲线关系：垂直向上爆破荷载拟静力系数从0起每增加0．05，顺层边坡稳定性安全系数将增加2％-3．5％。
所以，垂直向上爆破荷载对顺层边坡稳定的影响很小。
④潜在滑坡体受到垂直向下或水平向外联合爆破荷载作用时，当潜在滑坡体处于饱水状态时，随着联合爆破荷载拟静力系数不断增加，处于失稳状态边坡的稳定性系数不断减少；当垂直向下爆破荷载一定时，顺层边坡稳定性安全系数与水平向外爆破荷载拟静力系数间呈负指数关系，顺层边坡稳定性安全系数与垂直向下爆破荷载拟静力系数间呈S曲线关系。
含软弱夹层顺层岩质边坡稳定性分析及处治研究
(Jinan Design Institute, China Railway Engineering Design and Consulting Group Co. , Ltd. , Jinan 250022, China)
Abstract： In order to solve the instability problem of the bedding rock slope with weak interlayer, this paper takes a bedding rock slope of Jinzhou - Chifeng Railway as the research object and analyzes the occurrence mechanism of this kind of landslide based on engineering geological data. The mechanical model was established, then the engineering analogy method, laboratory test method and inverse algorithm were used to determine the slope safety coefficient, as well as the shear strength of the weak interlayer structural surface and the lateral limit length of rock instability, at last the residual sliding force of the slope was calculated to be 1 684. 8 kN/m. In view of the slippage-tension failure mode of bedding slope, this paper puts forward some measures to reduce sliding force, such as backfill with backpressure, cutting work to lose weight, and tamping crack, in addition anti-sliding pile and anchor frame beam are setting to increase anti-sliding force of slope. Based on the residual sliding force calculated, the layout of anti-slide pile and anchor frame beam is obtained by using quantitative analysis method : Section of anti-slide pile is 2. 25 mx2 m, pile length is 18 m, and pile spacing is 6 m; bolt spacing of bolt frame beam is 3. 6 m with diamond layout. The monitoring data show that the treatment effect is ideal, which can provide reference for the prevention and treatment of such bedding landslide. Key words： Bedding slope; Weak interlayer; Anti-slide pile; Anchor frame beam
爆破地震作用下边坡破坏安全判据研究
爆破地震作用下边坡破坏安全判据研究
我国露天矿山边坡工程日益增多,边坡稳定性问题一直存在,其中长期反复的爆破地震作用对边坡安全危害严重。
根据相似定律制作边坡模型放置采场,监测爆破地震波记录爆破地震作用下摩擦块质点速度时程曲线,确定了相关块体振动物理量的表达关系式。
通过摩擦块滑动情况确立了摩擦块在爆破地震作用下极限平衡状态,据此计算出爆破地震拟静力系数k值为2.2625,并计算每组摩擦块的爆破惯性力;计算了静力下摩擦块的安全系数;计算了爆破地震作用下不同角度的摩擦块安全系数,并与天然状态下安全系数做比较,安全系数分别降低
50.47%、50.112%、44.7%、43.32%;在给定安全系数范围内,分别计算了爆破地震作用下不同边坡角度加速度、速度允许范围。
分别计算了不同内摩擦角的边坡在爆破地震作用下的安全稳定系数,表明随着内摩擦角的增大,安全系数降低并呈线性关系。
运用小波理论对收集到的振动波进行分解,对振动信号进行去噪处理,处理后信号较原始信号平滑,在最低限度上不减少原有振动信号所携带的信息内容;运用小波包理论对振动信号分解并提取不同频率波段所携带能量情况,经过对比发现整体能量分布特点。
运用GDEM BLOCK Dyna软件模拟实际边坡在自重下受爆破地震作用,显示边坡破坏呈条块状滑动;运用LS-DYNA和Workbench软件,对所做模型分别模拟了自重下滑块的稳定性情况和一定角度不同速度下、一定速度不同角度下滑块的稳定性和滑动情况,与现场试验基本相吻合。
爆破振动对边坡稳定性影响及控制技术研究
爆破振动对边坡稳定性影响及控制技术研究爆破作为露天矿山开采、岩体开挖等工程项目主要破岩手段,在提高劳动生产率的同时爆破动力作用也使得边坡坍塌、滑移等地质灾害现象频发。
研究爆破动力作用对边坡的影响以及如何保证边坡的稳定性已成为矿山安全生产的关键性技术问题,寻求安全的爆破技术和合理的经济预防措施对矿山安全生产具有重要的理论意义和工程应用实际价值。
本文基于贵州某露天磷矿采用现场爆破振动测试、爆破动载荷折减、拟静力计算等综合研究方法,开展了边坡爆破振动数据分析、爆破动载荷折减计算、潜在滑坡体的Sarma法力学分析、边坡稳定性安全判据等一系列研究工作,论文具体研究内容和成果主要有以下几点:(1)本文基于贵州某露天磷矿,借助TC-4850N爆破振动测试仪,通过对该矿实测数据线性拟合,得到符合爆破现场衰减规律的萨道夫斯基公式。
根据现场实测三轴回归萨道夫斯基公式矢量合成了振动合速度衰减公式,依据振动速度得出了不同爆破距离允许的爆破药量。
(2)采用极限平衡的Sarma法,借助理正岩土分析软件得到了边坡在重力作用下的安全系数为1.47。
(3)将爆破动载荷折算成等效静载荷作用于边坡上进行受力分析发现,爆破振动会降低边坡的稳定性,对影响边坡稳定性的两个敏感因素爆破距离和爆破药量进行分析,得到爆破药量一定时,爆破距离和边坡稳定性安全系数的拟合关系式。
通过对比发现,当爆破距离小于60m时,边坡安全系数受爆破距离的影响变化较大,表明在60m范围内边坡安全系数对爆破距离敏感。
当爆破距离大于40m,控制最大段药量小于140kg时,爆破作用的影响程度小于10%,认为该爆破药量是安全的。
爆破对深路堑开挖边坡稳定性的影响分析
爆破对深路堑开挖边坡稳定性的影响分析爆破施工广泛应用于各类边坡工程,但爆破施工也会带来各种问题,使周围岩体产生程度不等的破坏,从而影响工程围岩及边坡岩体稳定条件。
爆破产生的边坡失稳灾害分为两类:一类是爆破振动引起的自然高边坡失稳;另一类是爆破开挖后残留边坡遭受破坏,日后风化作用不断引发的塌方失稳。
爆破对边坡的稳定性的影响一方面取决于爆破的振动强度,另一方面取决于坡体自身的地质条件。
1、爆破地震波效应（爆破动力损伤）众所周知,边坡岩体内节理等软弱结构面的存在使岩体的连续性遭到破坏,弱化了边坡岩体的强度。
当具有一定烈度的爆破地震波通过软弱结构面时,软弱层吸收了大部分的能量,引起自震动,松散介质与结构软弱面相对弱化,比初始状态有一定的松动。
很可能导致该结构面出现相对位移,产生扩张,从而首先在该薄弱处裂开。
在裂开的过程中,在裂隙尖端发生应力集中,从而加剧软弱夹层的破坏过程。
由于软弱夹层的密度、弹性模量和纵坡速度均比两侧岩石小,当波传播至两者界面处,便发生反射,反射回去的波与随后继续传来的波相叠加,当其同向位时,应力波会增强,使软弱夹层迎波一侧岩石破坏加剧。
同时由于软弱夹层的能量吸收作用,软弱夹层可保护其背波的岩石,使其破坏减轻。
因而在不考虑其它外部作用的因素下,由爆破引起的沿软弱夹层滑动的顺层岩石滑波一般均优先发育在迎波面。
2、爆破松动损伤爆破松动现象在开挖边坡的工程实践上是常见不鲜的。
坡体爆破时以爆点为中心使能量快速发散和衰减，在爆破产生的应力波的反复拉伸、压缩作用下使得距炮孔中心100~150R范围内的边坡岩体产生爆破松动带，造成结构面咬合力和抗剪强度下降，这是不利于边坡的稳定。
如果采用大药量、大爆破,形成比较大的规模,加之爆破时岩体间约束条件的差异,致使露天边坡爆破松动带的深度往往比较大。
由于结构面间的松动,其咬合作用丧失或部分丧失,因而结构面抗剪强度降低,造成边坡失稳。
3、软弱泥化夹层水膜化的爆破地震波效应水是影响泥化夹层强度的最主要因素。
爆破施工对边坡稳定性影响的研究
爆破施工对边坡稳定性影响的研究摘要：我国中西部地区隧道建设量与日剧增，爆破施工开挖成洞的方案越来越多的被采用。
如何解决爆破施工中遇到的爆破荷载对隧址区存在边坡的稳定性的影响成为控制隧道工程安全施作、提高安全生产的要解决的关键问题。
本文对某工程边坡在爆破荷载作用下稳定性展开讨论，结论如下：1）爆破施工时边坡稳定性判断需采用多标准、多尺度，不可采用单一标准或单一方法进行判断，以提高施工安全可靠性；2）爆破荷载下，边坡结构位移呈现典型波形传播特征，且距离爆炸点越远，坡体位移值越小；3）需加强爆破点正上方地表位移监测，以避免出现地表塌陷等危害；4）爆破施工时，需加强坡脚位移监测，以避免出现滑坡、坡面塌陷等危害。
关键词：边坡工程；爆破；边坡稳定性；数值分析近年来，我国快速的步入了基础设施建设发展的大时代[1]。
随着东部交通路网的趋于完善，国家建设重心开始向西部山区偏移。
爆破开挖技术在市政工程、水利水电工程、铁路工程、公路工程、矿山工程等各大型工程领域尤其是隧道施工中发挥着举足轻重的作用。
爆破开挖一方面缩短了工程建设周期，另一方面节约了开采成本，同时也提高了企业的经济效益和社会效益。
爆破也是目前岩土工程常用开挖方式之一。
在爆破荷载作用下，实现破岩开挖的同时，既会对既有隧道尤其是衬砌结构产生危害[2-4]，也无法避免对爆孔附近岩体造成的扰动和损伤，引起岩体力学性质劣化，进而影响上部结构完整性及边坡稳定性[5]，且爆破产生的爆破地震波对边坡尤其是邻近边坡的影响尤为严重。
1 爆破对边坡稳定性影响分析炸药引爆时会产生巨大冲击力，继而对邻近岩体、边坡结构产生振动作用，影响其内部结构，甚至引起共振。
爆炸冲击力带来的强烈振动将同时导致岩体表面结构或者岩体内部结构产生变形甚至固体骨料的破坏继而导致宏观层次上出现土石坡体整体塌陷、破碎、整体滑移、下滑等现象，增加边坡结构的不稳定性。
此外，爆破冲击波产生的振动荷载，还会改变爆破区域内的地下水状态。
爆破震动作用下高陡边坡稳定性分析
爆破震动作用下高陡边坡稳定性分析林大能1，唐业茂2，范金国1，杨军伟1（1.湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭411201；2.九江职业技术学院，江西九江332000）收稿日期：2009-01-12基金项目：湖南科技大学博士科研启动基金（E50843）作者简介：林大能（1972-），男，四川资中人，博士，副教授，研究方向：爆破理论及其应用.E-mail:dnlin@.摘要：通过一炮多段法获得的爆破震动测试数据，研究了某露天采场边坡爆破震动传播规律；建立了滑坡体爆破动力响应分析模型，基于运动单元法得出了爆破地震系数A d 与边坡安全系数K d 的关系；水平加速度指向台阶坡面时，边坡爆破动力响应最大；通过水平加速度和垂直加速度关系的研究，得出了保证边坡安全的许可垂直振动速度为15.58cm ·s -1；给出了保证边坡安全的比例药量计算公式.关键词：爆破震动；边坡；稳定性；运动单元法中图分类号：TD235.4文献标识码：A文章编号：1674-5876（2009）01-0025-04某露天采场已经开采近50年，底板一侧已经形成高度达430m ，坡度为62°的边坡，为延长该矿服务年限，提高矿产资源的回采率，保证采场的安全，矿方要求对底板一侧进行爆破削坡，减小边坡坡度，提高边坡的稳定性.在边坡体上存在一滑坡体，虽采用了预裂爆破措施，监测发现该滑坡体仍有下滑的迹象.经调查分析，在高陡边坡附近，频繁的爆破作业是影响滑坡体下滑的主要原因之一，课题组针对该矿具体的地质条件、岩层条件、滑坡体的力学参数、爆破方法与参数等进行综合研究，得出了该区域有预裂缝条件下的爆破地震波传播规律，并研究了爆破震动作用下高陡边坡保持稳定的条件，取得了良好的效果，现总结成文，供类似工程参考.动力荷载对岩质边坡稳定性的影响，主要表现为动荷载引起的惯性力和循环退化引起的剪应力降低，导致边坡整体下滑力加大，从而降低了边坡的安全系数.动荷载下边坡失稳可分为：惯性失稳（Inertial Instability ）和衰减失稳（Weakening Instability ），爆破造成边坡的失稳一般属于惯性失稳.目前，边坡动力响应分析方法主要还是基于极限平衡理论和应力-变形分析.惯性失稳常采用的分析方法有：拟静力法（Pseudostatic Analysis ）、Newmark 滑块分析法（Newmark Sliding Block Analysis ）、Makdisi Seed 的简化分析法、地震边坡的概率分析方法及有限元方法[1].Ling ，H.I.（1997）将拟静力法用于沿节理面滑动的岩体地震稳定性分析中，进行了地震稳定分析和永久位移计算[2].这些理论为研究具体边坡的动力响应奠定了基础.爆破震动对岩质边坡稳定性的影响是极其复杂的岩体工程地质力学问题，涉及工程地质、岩石动力学等相关学科.主要有两个方面的影响[3]：一是“弱化”作用，即由于爆破震动荷载的反复作用，引起结构面的张开、扩展以及岩体结构的松动变形，导致岩体结构面抗剪强度指标降低，减小了边坡的稳定性系数；二是“附加荷载”作用，即爆破振动引起的惯性力导致边坡整体下滑力加大，降低了边坡的安全系数.考虑到本文研究的滑坡体与基岩是整合接触，“弱化”作用不是主要的，边坡失稳的主要原因是“附加荷载”的作用.1爆破震动传播规律1.1测试系统的选择测试选用EXP3850爆破振动仪记录分析系统，可矿业工程研究Mineral Engineering Research第24卷第1期2009年3月Vol.24No.1M ar .2009三通道并行采集，最高采样率50kHz ；A/D 分辨率12Bit ，分4段存储，每段16k 数据，现场用笔记本电脑经Rs232串口直接设置采样率、量程等参数.该仪器能实现一次开机记录8次信号，测试系统见图1.1.2测点布置及仪器安装为观测到不同的爆破地震振速值，在离开爆心位置由近及远的距离都需布置测点，各测点应位于爆心和坡面正交的同一剖面上.在+36m 台阶布置2个测点，+72、+144、+220、+280m 各布置1个测点，共计6个测点.1.3测试数据及处理考虑到多次对爆破震动测试时，每次传感器与测点基岩粘合的程度不同，可能引起爆破震动能量的传递效率变化，从而导致测量误差增大，EXP3850能一次开机记8个信号，本次测试采用增大段间起爆时差，并使段与段存在一定的药量差，共分7段起爆，一次记录7个爆破震动信号.每段起爆中心与各测点的位置关系、每段起爆药量、各测点测得的爆破震动速度见表1.1.4爆破震动传播规律特性分析质点振动衰减规律的经验表达式是用最小二乘法分析得出的，实测振速N 、最大一段药量Q 、测点与爆心的距离R ，测点与爆心的水平距离S 的相关关系，从而确定与爆破地形、地质条件以及爆破规模、药包结构特征相关的特定系数K 和衰减指数α，高程效应指数β.本次测试测点与爆心之间相对高差较大，宜用如下萨氏修正公式计算爆破地震速度[4，5]：V=K Q3姨R姨姨αR S姨姨β.（1）式中：K 为与地质条件、爆破方法有关的系数；α为地震波衰减系数；β为高程效应指数；V 为爆破震动速度，cm ·s -1；Q 为最大段药量，kg ；R 为最大段药量中心至拟保护边坡最近直线距离，m ；S 为段药量中心至拟测点水平距离，m.根据测试条件和测试数据进行回归分析，编写程序在M ATLAB6.5上进行计算，可以得出K 、α、β值.该地区边坡爆破地震传播规律为V=109.8766Q3姨姨姨1.2001R S姨姨0.7033.（2）2滑坡体的动力响应分析2.1滑坡体动力响应分析模型滑坡体动力响应分析模型如图2：爆破震动可近似处理为简谐振动，取台阶滑动面上某一单元体，单元体受到水平方向爆破震动加速度a L 作用，a L 引起的惯性力F 达到极值状态时，F cos α最大限度地增加了单元体的下滑力；F sin α最大限度地减少了单元体与基岩的粘结力，即此时爆破震动引起的惯性力对单元体下滑趋势的影响达到最大，此状态为爆破引起滑坡表1爆破质点振动速度测试数据Table.1Test results of blasting induced vibrations测点编号段最大药量/kg 距爆心水平距离/m 距爆心高差/m 距爆心直线距离/m 垂直振动速度/（m ·s -1）1-11-21-31-41-51-62-12-22-32-42-52-63-13-23-33-43-53-64-14-24-34-44-54-65-15-25-35-45-55-66-16-26-36-46-56-67-17-27-37-47-57-639039039039039039021021021021021021031031031031031031041541541541541541529029029029029029027027027027027027023023023023023023060657417026026660657417026026660657417026026660657417026026660657417026026660657417026026660657417026026621215713020522521215713020522521215713020522521215713020522521215713020522521215713020522521215713020522563.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.48.547.796.072.251.341.296.676.084.751.751.0517.797.15.552.051.221.178.757.986.242.231.371.327.586.925.41.991.191.147.376.715.251.941.161.116.916.34.921.821.091.04JSDV10传感器基岩EXP3850便携式电脑EXP3850DSV图1爆破振动测试系统Fig.1Blasting vibration survey system的最危险状态.2.2水平方向爆破震动加速度a L与边坡安全系数K d的关系计算运动单元法的基本原理是通过一个严格的自动搜索过程，寻找满足约束方程和边界条件的塑性滑动区和最危险滑动面，然后在此基础上求得边坡的安全系数.该方法由三部分组成，即单元运动分析，单元静力分析和求多变量目标函数的极值[6，7].单元运动分析确定单元之间的相对运动方向和作用在单元边界上剪力的作用方向；单元静力分析求出作用在单元边界上的法向力；采用多变量优化求极值分析旨在搜索有最小安全系数（即实际安全系数）的边坡最危险滑动面.当已知边坡某个剖面的单位长度上的容重γ、内摩擦角φ和内粘结力C，可算出a L值，边坡单位长度水平作用力f x及边坡安全系数K d之间的关系.所研究的滑坡体主要岩层以碎粒状粉砂岩为主，线容重平均γ=0.027M Pa/m.弱面的内摩擦角φ= 29.9°，内粘结力C=0.0362MPa.地震系数A d（A d=a L/ g×m，m为爆破动力折算系数，为确保安全，动力系数取0.13进行计算；g为重力加速度，取980cm·s-2），边坡安全系数K d与水平力的关系如表2，表中f x的负号表示水平作用力的方向指向台阶面.2.3临界边坡安全系数[K d]及水平方向临界震动加速度[aL]的确定临界边坡安全系数[K d]的确定应保证边坡在静载和爆破动载作用下留有一定的安全余地，安全系数必须大于1，保证不发生边坡滑移.考虑现场生产的需要，安全系数不能过大，以免对爆破段药量的限制过于保守，给邻近边坡的爆破工作带来过多的困难.针对该硫铁矿露天采场目前的具体情况和类似工程的经验：滑坡体的临界边坡安全系数[K d]取1.0419，对应许可地震系数为5.82.根据以下公式求[a L][A d]=[a L]/g×m.（3）计算可得：[a L]=0.0582×980/0.13=438.74cm·s-2.2.4临界垂直震动加速度与临界水平震动加速度的关系2.4.1单一水平震动条件如图3，滑动面上的单元体受到来自震源的内外方向交替的水平力F震动作用.在水平力F指向台阶面时，单元体受力极限平衡方程F A+F cosα=F B-F sinαtgφ.（4）式中：F A为下滑力，N；F B为抗滑力，N；α为单元体处切线与水平方向夹角，°；φ为为摩擦角，°.在水平力F指向原岩时，单元体受力极限平衡方程：F A-F cosα＜F B-F sinαtgφ.（5）式（5）表明边坡偏于安全，仅考虑（4）式情况下边坡稳定程度.2.4.2单一垂直震动条件如图3，滑动潜在面上的单元体受到来自垂直爆破振动上下方向交替的垂直力f的作用.当f向上时，极限平衡分析单元体受力得到：F A-f sinα=F B-f cosαtgφ.（6）在f向下时，极限平衡分析单元体受力得到：F A-f sinα=F B-f cosαtgφ.（7）（4）式、（6）式、（7）式联立可得F=cosαtgΦ-sinα=tg（α-Φ）.（8）Ff=sinα-cosαtgΦcosα+sinαtgΦ=tg（Φ-α）.（9）因α>Φ，故仅用式（8）作为计算边坡所受水平和垂直力关系的依据.又根据力与加速度的关系可得到：台阶坡面FF A F B滑面α图2滑坡体动力响应分析模型Fig.2Slope dynamic response analysis model表2地震系数与边坡安全系数的关系Table.2R elationship between A d and K df x/（M Pa/m）K d A d/%f x/（M Pa/m）K d A d/%-0.0001 -0.0002 -0.0003 -0.0004 -0.0005 -0.0006 -0.0007 -0.00081.11061.10441.0981.09191.0851.07941.07311.06691.06070.521.061.592.112.643.173.74.23-0.0009-0.001-0.0011-0.0012-0.0013-0.0014-0.0015-0.0016-0.00171.05441.04821.04191.03571.02941.02321.0171.01071.00454.765.295.826.446.897.417.938.479.52台阶坡面fF AF B滑面α图3滑坡体受垂直振动影响分析模型Fig.3Analysis model of slope dynamic response to vertical vibrationfSlope stability under the action of vibrations induced by blastingLIN Daneng 1，TANG Yemao 2，FAN Jinguo 1，YANG Junwei 1（1.School of Energy and Safety Engineering ，Hunan University of Science and Technology ，Xiangtan 411201，China ；2.Jiujiang Vocational and Technical College ，Jiujiang 332000，China ）Abstract ：The vibration transmission regulation of blasting in a high steep slope in certain sulphur-iron is studied through 7times blastingonce detonated by EXP3850blasting induced vibrations analysis system ；M odel of slope's dynamic response to vibrations induced by blasting is given.The relationship between blasting seismic coefficient and slope stability coefficient are established based on kinematics element analysis.The slope's dynamic response to blasting is at its maximum when horizontal acceleration points to the surface of slope.The vertical vibration velocity （15.58cm ·s -1）permitted by the safety of slope is deduced from the study of relationship between horizontal acceleration and vertical acceleration.Formula to determine scaled charge weight is provided to keep slope's stability.Keywords ：blasting induced vibrations ；high steep slope ；stability ；kinematics element analysis[a H ]=[a L ]tg（α-Φ）.（10）α=42°，Φ=30.60°，将以上数据代入式（10）得许可垂直振动加速度[a H ]值：[a H ]=[a L ]/tg （42-29.9）°=2046.54cm ·s -2.2.5临界垂直爆速[V ]值的计算当质点作简谐运动时，质点运动加速度a 与速度V 的关系为a =2πf V.（11）式中：f 为地震波在岩层中传播的平均频率，Hz.根据爆破实测地震波主频f 值，共42个数据，平均值f =20.91Hz.代入式（11）计算可得临界垂直振速[V ]值：[V ]=[a H ]/2πf =15.58cm ·s -1.3边坡稳定性的主动控制控制比例药量能从爆破震动源上控制爆破震动，每次爆破时应根据爆破地点与滑坡体的距离，根据（3）式有：V =109.8766（ρ）1.2001（R/S ）0.7033.（12）式中：ρ为比例药量，ρ=Q 3姨R.将临界垂直振速[V ]值代入式（12）可得到允许比例药量[ρ]值：[ρ]=0.1418·（R/S ）0.7033.（13）每次放炮前，应根据各段起爆中心到边坡的距离关系根据式（13）确定同段起爆最大药量.从该项目在该矿研究以来，用以上公式确定段起爆最大药量，经过近3年的监测，保证了边坡稳定，避免了爆破震动对该边坡稳定性构成的威胁.4结语用运动单元法分析了爆破震动对边坡稳定性的影响，并结合大量监测结果，回归得出了该地区爆破振动传播规律，确定了爆破震动作用下，该边坡保持稳定的临界振动速度.基于对边坡安全和生产需要的考虑，给出了该矿爆破震动控制的有效措施.有效地解决了护坡和生产爆破之间的矛盾.参考文献：[1]刘立平，雷尊宇，周富春.地震边坡稳定分析方法综述[J].重庆交通学院学报，2001，20（3）：83-88.LIU Liping ，LEI Zunyu ，ZHOU Fuchun.The evaluation of seismic slope stability analysis methods [J].Journal of Chongqing JiaotongInstitute ，2001，20（3）：883-88.（in Chinese ）[2]Ling H L ，Cheng ，A D.Rock sliding induced by seismic force [J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences.，1997，34（6）：1021-1029.[3]朱传云，卢文波，董振华.岩质边坡爆破振动安全判据综述[J].爆破，1997，14（4）：13-17.ZHU Chuanyun ，LU Wenbo ，DONG Zhenhua.Safety criteria of rock slope blasting vibration[J].Blasting ，1997，14（4）：13-17.（in Chinese ）[4]王玉杰，梁开水，田新邦.周宁水电站地下厂房开挖爆破地震波衰减规律的研究[J].岩石力学与工程学报，2005，24（22）：4111-4113.WANG Yujie ，LIANG Kaishui ，TIAN Xinbang.Study on redundant regulation of underground digging blasting vibration of Zhouning hydropower station [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ，2005，24（22）：4111-4113.（in Chinese ）[5]李孝林，佟彦军.爆破地震传播规律及其激励特性分析[J].爆破，2004，21（3）：90-92.LI Xiaolin ，TONG Yanjun.Analysis of blasting vibration transmission regularity and promoting characteristics[J].Blasting ，2004，21（3）：90-92.（in Chinese ）[6]曹平，申其鸿.地下水作用边坡稳定性的运动单元法分析[J].中南工业大学学报（自然科学版），2001，32（1）：13-15.CAO Ping ，SHEN Qihong.Kinematics element analysis for the stability of slopes with ground water [J].Journal of Central South University of Technology （Natural Science ），2001，32（1）：13-15.（in Chinese ）[7]曹平，Peter Gussmann.运动单元法与边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报，1999，18（6）：663-666.CAO Ping ，Peter Gussmann.Kinematiical element method and slope stability analysis [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ，1999，18（6）：663-666.（in Chinese ）。
爆破震动对露天矿边坡稳定性的影响
爆破震动对露天矿边坡稳定性的影响作者：李仁生程茸荣来源：《中国科技博览》2016年第03期[摘要]露天矿时常用爆破的方式来破岩开采，而爆破过程中引起的震动传到露天矿的高陡边坡上，影响边坡的稳定性，而且露天矿的高陡边坡失稳滑坡成为露天矿生产的重大安全隐患。
本文主要分析爆破震动对边坡稳定性的影响意义及破坏形式，从而得出爆破震动对边坡稳定性的影响因素。
[关键词]爆破震动；动载荷；稳定性；影响因素中图分类号：TD824.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0121-011.前言爆破作为露天矿生产的重要环节，对采矿工程活动起着至关重要的作用。
爆破可以松散硬度较大的铁矿石，提高采掘作业的铲装效率，同时，爆破产生的冲击波在矿石与岩层中传递，以爆破震动的形式作用在露天采场的其他矿脉与围岩中，引起岩体的应力结构发生改变，从而造成结构面的损坏，使岩体的抗剪强度降低，形成滑坡。
2.爆破震动对边坡稳定性的影响意义爆破时，炮孔周围矿体在爆破瞬间受到的压力可达到5×103～5×104 MPa，远远超过岩石的抗压强度，岩体在受到挤压破碎，而后残余的大量能力以地震波的形式向岩体外围传播，并通过对岩体施加动载荷引起岩体横向和纵向震动。
露天矿采矿工程活动是时间与空间交互的过程，边坡岩体随着采剥工程的进行逐渐形成。
从边坡岩体遭到开挖，其内部的原始地应力遭到破坏，随着采矿活动的逐渐进行，边坡岩体的地应力，重力及外部载荷作用下，通过应力重新分布向临空面进行应力释放，在此过程中结构面逐渐形成一个相对稳定的状态。
随着爆破动载荷的影响，存在于边坡岩体内部的结构面受到附加应力作用，使结构面裂隙扩张，结构面剪切强度大大降低。
当边坡岩体到爆破点的距离较近时，爆破产生的应力甚至会使边坡沿着软弱结构面产生直接滑动，严重影响边坡工程稳定性。
因此分析爆破震动对边坡稳定性的影响因素，对保证边坡稳定性存在重要意义。
爆破振动作用下顺层岩质边坡稳定性研究
爆破振动作用下顺层岩质边坡稳定性研究一、本文概述顺层岩质边坡的稳定性问题是岩土工程领域的重要研究方向之一，其稳定性受到多种因素的影响，其中包括爆破振动的作用。
爆破振动可能会对顺层岩质边坡的稳定性产生显著影响，对爆破振动作用下顺层岩质边坡的稳定性进行深入研究具有重要的理论价值和实际意义。
本文旨在探讨爆破振动对顺层岩质边坡稳定性的影响机理，分析爆破振动作用下顺层岩质边坡的破坏模式，以及提出有效的稳定性评价和加固措施。
通过文献综述的方式，总结国内外关于爆破振动对顺层岩质边坡稳定性影响的研究成果，找出研究的不足之处和需要进一步探讨的问题。
结合具体的工程案例，对爆破振动作用下顺层岩质边坡的稳定性进行实地考察和监测，获取第一手的数据资料。
运用数值模拟和理论分析的方法，对爆破振动作用下顺层岩质边坡的稳定性进行深入研究，揭示爆破振动对顺层岩质边坡稳定性的影响规律。
根据研究结果，提出有效的稳定性评价和加固措施，为顺层岩质边坡的工程设计和施工提供理论依据和技术支持。
本文的研究不仅有助于深入理解爆破振动对顺层岩质边坡稳定性的影响机理，而且可以为顺层岩质边坡的工程设计和施工提供有益的参考和借鉴。
同时，本文的研究成果也可以为其他类似工程的稳定性研究和设计提供有益的借鉴和启示。
二、爆破振动对顺层岩质边坡稳定性的影响机理爆破振动对顺层岩质边坡的稳定性影响是多方面的，涉及边坡岩体的物理力学性质、爆破振动波的传播规律以及边坡岩体的动力响应等多个方面。
爆破产生的振动波会在岩体中传播，引发岩体的振动。
由于顺层岩质边坡的层理结构特点，振动波在层理面处会发生反射、折射和绕射，导致层理面处的应力状态发生复杂变化。
这种应力状态的变化可能使层理面产生张开或闭合，从而影响边坡的整体稳定性。
爆破振动还会引起边坡岩体的动态响应，包括岩体的应变、位移和加速度等。
在强烈的振动作用下，岩体的内部损伤会加剧，微裂纹会扩展和贯通，导致岩体的强度降低。
振动还可能使边坡岩体的应力状态达到或超过其强度极限，从而引发边坡的失稳破坏。
爆破振动作用下边坡稳定性研究
爆破振动作用下边坡稳定性研究
矿山爆破开挖危害及边坡失稳防护一直以来都是爆破安全生产的关键,并一直是釆矿工程和岩石力学等相关学科的基本研究领域。
爆破开挖过程中,边坡失稳是不可避免的一大难题,而爆破开挖时引起的振动会使得边坡发生位移、裂缝,会极大的诱发边坡产生失稳现象,可以说爆破振动引起的边坡失稳性破坏已经成为爆破的首要危害。
本文针对爆破振动下边坡的几种常见失稳形式的特点,通过MATLAB和ANSYS软件,采用强度折减法和时程分析法,在小波分析和去噪的基础上,模拟边坡静力安全系数和考虑爆破作用下的边坡动力安全系数。
结果表明:边坡试验中爆破信号的主频约为10Hz,动力学模态分析的频率最大值仅为
2.1951Hz,说明边坡的固有频率远远小于爆破信号的主振频率,因此不会产生因共振现象而引发的边坡失稳破坏。
在当前爆破条件下,每次爆破振动的直接作用使边坡安全系数降低
5.1%~12.6%,每次的爆破损伤造成边坡的静态安全系数降低了2.91%~8.38%,整个试验结束后,由于连续爆破造成的岩体累积损伤使边坡静力安全系数变化为35.2%。
可以看出,多次爆破条件下,爆破振动对岩体造成损伤来对边坡安全系数的影响比爆破载荷本身对边坡安全系数的影响更大。
爆破振动作用下边坡岩体累积损伤规律及稳定性研究
摘要爆破振动作用下边坡岩体累积损伤规律及稳定性研究摘要随着我国基础设施和矿山建设的快速发展，露天矿的开采等工程越来越多地采用爆破技术进行施工，在爆破振动作用下边坡一旦失稳会给工程建设及人民财产安全带来灾难性的后果。
本文以吕梁山区采动区爆破振动地质灾害试验项目为依托，在前期调查资料的基础上，对研究区的地质概况有了一定的了解，并根据现场调查，分析边坡的坡体结构、变形特征及变形破坏迹象，查明了研究区的工程地质条件和典型爆破震裂斜坡的基本特征，建立了爆破振动荷载条件下边坡的地质结构模型；通过大量的室内试验，获取岩土体物质成分、结构特征、基本物理力学性质和动力学参数；最后结合数值模拟手段对爆破振动作用下斜坡动力响应规律与稳定性进行分析。
主要的研究成果如下：（1）对吕梁山区城镇周边爆破振动荷载诱发地质灾害的典型案例进行了现场调查，掌握了灵石县北庄村爆破震裂斜坡的基本地质概况，对坡体结构、变形特征及变形破坏迹象进行了详细调查，分析了斜坡的潜在破坏模式。
（2）对斜坡基岩区二叠系石盒子组（P sh）砂岩进行了单轴压缩试验和三轴压缩试验，对不同条件下岩体静强度和动强度进行了对比分析，研究了在不同振动频率条件下岩体峰值强度、残余应变、内聚力（C）和内摩擦角（φ）等岩体力学参数的变化，通过岩体力学参数的改变来分析频率相对较低的爆破地震波对边坡岩体的损伤作用。
（3）对斜坡基岩区二叠系石盒子组（P sh）砂岩进行了霍普金森压杆试验，研究高应变率条件下岩石材料的力学特性，利用该试验研究试样在中高应变率下的应力、应变、应变率之间的关系，从而进一步得到动态强度和应变率之间的关系，最后通过能量和波速两个角度来研究岩石在受到高频率高幅值冲击波作用之后的损伤特性和不同的加载条件之下岩石的损伤程度。
（4）对循环荷载试验和霍普金森压杆试验后破坏的砂岩试样进行了扫描电镜试验，从微观的角度来观察晶体的破坏现象，与宏观的破坏现象形成对比，研究了不同受力条件下晶体的破坏模式，从而更为全面和准确地分析研究岩体破坏发生的机制。
爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据
第38卷第3期爆炸与冲击V o l.38,N o.3 2018年5月E X P L O S I O N A N DS HO C K WA V E S M a y,2018D O I:10.11883/b z y c j-2016-0275文章编号:1001-1455(2018)03-0563-09爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据*马冲1,2,詹红兵3,姚文敏2,余海兵2(1.中国地质大学数学与物理学院,湖北武汉430074;2.中国地质大学工程学院,湖北武汉430074;3.美国德州农工大学地质和地球物理系,美国德州77843-3115)摘要:运用F L A C3D软件建立了顺层台阶边坡数值模型,首先分析爆破振动作用下边坡的振速响应规律,然后通过边坡的位移㊁剪应变增量分析其稳定性,最后根据边坡稳定性判据,制定爆破振速安全阈值㊂研究表明,随着爆心距的增大,振速传播规律为近处衰减快㊁远处衰减慢,坡面存在高程放大效应,临空面中由于软弱夹层的阻隔影响,使得坡脚的振速最大;边坡的变形破坏受软弱夹层控制,其上覆岩体为潜在滑体,破裂面可以根据水平位移云图和塑性区分布图综合确定;边坡的破坏是一个渐进性的累积过程,位移和剪应变的累积会导致岩体的力学参数不断弱化,爆破振动劣化作用后仍有较大安全储备的边坡只会累积产生永久位移,而接近极限平衡状态的边坡将会失稳;当岩层倾角为15ʎ~23ʎ时,边坡振速安全阀值为21c m/s;当软弱夹层剪出口距离坡顶高度为14m,倾角分别为24ʎ㊁29ʎ㊁31ʎ㊁34ʎ时,安全阀值分别为10㊁8㊁6㊁5c m/s㊂关键词:爆破振动;边坡稳定性;安全阈值;软弱夹层;顺层边坡中图分类号:O389;T U457国标学科代码:13035文献标志码:A爆破振动作用下边坡的稳定性与控制是矿山开挖过程中面临的一个亟待解决的问题㊂一般认为,爆破振动对边坡稳定性的影响主要体现在[1]:首先,动荷载作用过程中产生的惯性力增大了边坡的下滑力,导致惯性失稳;其次,过大的动应力导致岩体结构面的扩展和增加,爆破损伤弱化了岩体的力学参数,使得边坡整体抗剪能力降低,导致边坡衰减失稳㊂目前,动荷载作用下边坡的稳定性分析方法主要有:经验判别法(速度判别法㊁加速度判别法㊁应力判别法)㊁拟静力法㊁数值分析法㊁基于数值分析和极限平衡理论的时程分析法㊁试验方法等㊂由于工程场地的千差万别,经验判别法还没有统一的安全标准值;拟静力法在简化过程中引入的诸多不确定因素,没有考虑振动波的频谱特性,不能分析边坡的应力-应变关系等,影响了该法的可信度;试验方法由于试验条件和经费的限制,也存在着和现场实际相结合的问题,在大规模地推广和应用上受限㊂随着计算机技术和现场实测技术的快速发展,数值分析与现场量测相结合的方法得到了广泛应用,此法既可以得到边坡在爆破振动整个过程中的应力-应变关系,还可以结合极限平衡理论求出整个过程的稳定性系数,具有较大的分析优势㊂针对爆破振动作用下边坡的稳定性已进行了相关研究:罗艺等[1]㊁言志信等[2]对爆破振动安全判据进行了系统研究,讨论了现有爆破安全判据的不足;胡军等[3]对爆破荷载的等效施加方式进行了分析;刘亚群等[4]认为采用现场实测的振动波进行动力分析更合适;陈明等[5]对爆破振动作用下台阶边坡的高程放大效应进行了研究;陈占军等[6]运用F L A C3D软件分析了爆破振动作用后边坡的位移㊁速度和塑性区,验证了数值模拟的可行性㊂万宝安等[7]基于F L A C3D软件以塑性区贯通为失稳判据得出了所研究边坡的临界振速为8.0c m/s;李海波等[8]通过离散元软件进行数值模拟,采用强度折减法,以位移或者速度发散作为边坡失稳破坏的判据,求解边坡在动荷载作用下的稳定性系数㊂*收稿日期:2016-09-09;修回日期:2016-12-15基金项目:国家自然科学基金项目(41672317)第一作者:马冲(1984 ),男,博士,讲师;通信作者:詹红兵,z h a n@g e o s.t a m u.e d u㊂爆破振速幅值的大小影响着边坡岩体的稳定性,本文中,拟结合某矿山工程实际,在现场爆破试验的基础上,采用F L A C 3D软件对爆破作用下含软弱夹层顺层边坡的稳定性进行数值模拟,研究含软弱夹层的边坡在不同岩层倾角下所对应的爆破振速安全阈值,旨在为类似工程的定量分析提供方法,这既是提高边坡稳定性的前提,也是优化爆破设计的基础㊂1 工程地质概况峨眉黄山石灰石矿区位于四川盆地边缘低中山地段,总体地形为南高㊁北低,单斜构造,海拔约500~1229.1m ㊂矿山灰岩内不规律发育有多组软弱夹层,倾向与岩层一致,倾角上陡下缓,矿区开采范围内,软弱夹层倾角为15ʎ~34ʎ;由于不规范的爆破开挖,导致发生过多起滑坡㊂经现场测量倾角为21ʎ~26ʎ;目前矿山开采方式为:从东往西推进㊁由上往下开挖,开采过程上下平台之间最小宽度为40m ,台阶过程边坡角为70ʎ,单台阶高度为15m ㊂ 根据对现场工程地质的调查分析,影响边坡稳定性的内在因素主要为岩体内部的软弱夹层(图1(a )),已经发生的滑坡(图(b ))均是沿其发生的顺层滑动;影响边坡稳定性的外在因素主要为爆破振动和雨水:频繁的爆破导致岩层的错动(图1(c )),岩体产生爆破裂隙(图1(d )),雨水顺着岩体节理裂隙(包括爆破振动产生的新裂隙)入渗,继续弱化软弱结构面的力学强度㊂爆破振动和雨水反复劣化作用下,当潜在滑体的整体抗滑力小于下滑力时,边坡即发生整体性的以滑移-拉裂为破坏形式的顺层滑坡㊂图1矿山现场照片F i g.1L o c a l p i c t u r e s o fm i n e 图2边坡动力分析模型和监测点位置分布F i g .2D y n a m i cn u m e r i c a l s i m u l a t i o nm o d e l o f t h e s l o pe a n d l o c a t i o nd i s t r i b u t i o no fm o n i t o r i n gpo i n t s 2 动力分析模型建立及参数选取2.1 计算模型根据相关资料以及矿山的开挖方式,建立典型的研究模型,岩体为弹塑性材料,采用摩尔-库仑屈服准则,台阶边坡角为70ʎ,软弱夹层倾角为15ʎ~34ʎ,以倾角15ʎ为例进行重点分析,每级台阶高度为15m ;软弱夹层厚度为0.5m ,边坡面处的软弱夹层离坡顶的垂直距465爆 炸 与 冲 击 第38卷离为14m ,其他边坡尺寸参数见图2;边坡的尺寸在静力或动力情况下均满足所需计算精度[9];岩体边坡网格尺寸最大为2m ,软弱夹层最大网格尺寸为0.25m ,满足大于输入波波长的1/8~1/10的要求[10-11];岩体的物理力学参数见表1㊂为了研究边坡在爆破振动波作用下的动力响应规律以及变形破坏机制,在具有代表性的部位设置了9个监测点(点N 1~N 9)和3个监测单元(A~C ),具体位置见图2㊂表1物理力学参数T a b l e 1P h ys i c o -m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s o f r o c km a s s 岩体弹性模量/G P a泊松比内聚力/M P a内摩擦角/(ʎ)重度/(k N ㊃m -3)抗拉强度/M Pa 灰岩70.21.53526.81夹层(天然)0.680.30.0429200.016夹层(残余)0.680.30.0122200.0162.2 计算载荷及边界条件动力计算时,输入的波形为距爆源中心约10m 处现场实测的水平方向和竖直方向代表性波形,波形见图3中的实测输入波形㊂计算时根据需求按比例调整振幅大小,本次将振幅增大2倍进行计算;为了减小边界反射波的影响,模型边界设置为边界,将处理后的速度时程波转化为应力时程波[12],转化公式为:σn =ρc p v n , c p =E ρ(1-μ)(1+μ)(1-μ), σs =ρc s v s , c s =E 2ρ(1+μ)(1)施加于最左端整个截面,局部阻尼为0.15;动力计算时,先进行静力计算得到重力作用下的初始应力场,再初始化位移进行动力计算㊂式中:σn ㊁σs 分别为施加在静态边界上的法向应力和切向应力,ρ为岩体密度,E 为弹性模量,μ为泊松比,c p ㊁c s 分别为纵波和横波波速,v n ㊁v s 分别为法向振速和切向振速㊂图3N 1水平和垂直速度曲线与输入波形的比较F i g .3H o r i z o n t a l a n dv e r t i c a l v e l o c i t y c u r v e s a tN 1c o m p a r e dw i t h i n pu tw a v e c u r v e s 3 爆破振动作用下边坡动力响应规律3.1 波形的输入与传播动力计算后将点N 1的水平速度时程曲线和垂直速度时程曲线处理为单倍振速时程曲线,与输入波的水平速度时程曲线对比,如图3所示,发现基本吻合,说明边界条件和输入方式正确㊂图4为边坡在不同时刻的水平速度云图,根据式(1)计算可得c p =1703m ,当t =6,25,47,52m s 时,传播的距离R =10,41,80,88m ,由速度矢量图大致可知纵波的传播距离与理论计算结果一致,说明了波形传播的正确性㊂综合图3(a )和图4可知,本次数值模拟对波形的输入和传播规律都和现场实际符合较好,说明波形的输入方式㊁参数设置合理,为动力响应规律的分析和边坡的动力稳定性分析奠定了基础㊂565 第3期 马 冲,等:爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据图4不同时刻的水平速度云图F i g .4C o n t o u rm a p s o f h o r i z o n t a l v e l o c i t y at d i f f e r e n t t i m e s 3.2速度响应规律图5监测点主振速度F i g .5M a x i m u mv e l o c i t y a m pl i t u d e s o f m o n i t o r i n gpo i n t s 由图5可知:(1)随着爆心距的增大,速度幅值逐渐减小,衰减规律近快远慢,呈现出萨道夫斯基传播规律,与现场实测的规律相似;(2)坡面振速存在高程放大效应;(3)软弱夹层影响边坡振速的动力响应规律,主要体现在软弱夹层对振动波的阻隔作用[13];(4)边坡临空面中坡脚的主振速度最大㊂4 边坡变形机制及稳定性顺层岩质边坡在爆破振动作用下的变形特征可以通过塑性区图㊁水平位移云图及关键点水平位移时程曲线㊁剪应变增量来显示㊂通过研究爆破振动作用下边坡的塑性区㊁水平位移,探讨顺层岩质边坡在爆破振动作用下的破裂滑移面位置;根据关键点的水平位移时程曲线,判断边坡的整体稳定性㊂4.1 边坡破裂面爆破振动结束后,爆源附近岩体产生整体向台阶外的位移;软弱夹层上部岩体相对其下部岩体产生了整体向坡外的永久位移,如图6(a )所示㊂ 下部台阶靠近爆源处有较大范围受拉应力屈服状态,如图6(b )所示,说明在此输入爆破荷载作用下,近爆源台阶面岩体会产生一定的爆破损伤;灰岩易受拉破坏,若平台有边界限制,则岩体不会发生垮塌,反之,则可能发生垮塌㊂通过对监测点提取数据,得到:(1)监测点N 2的最大速度为40c m /s ,监测点N 3的最大速度为32c m /s ,监测点N 4的最大速度为19c m /s ,监测点N 3至监测点N 4之间基本无塑性区,通过应力判别法,见公式(1),求得灰岩的安全阀值为22c m /s,现场的实测观察亦得出当主振速度小于22c m /s 时岩体未产生爆破裂隙[14],说明当爆破振速小于22c m /s 时灰岩是稳定的;(2)软弱层中㊁下段受剪切屈服,上段剪切和受拉屈服,塑性区贯通,表明爆破振动波已对软弱夹层产生了一定的不利影响㊂综合图6可知,爆源附近平台拉伸塑性区部位为潜在拉伸破裂面;软弱夹层为潜在剪切破裂面,其上覆岩体为潜在不稳定滑体㊂图6爆破后水平位移云图和塑形区分布F i g .6P l a s t i c z o n e s a n dh o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n t o f s l o p e a f t e r b l a s t i n g665爆 炸 与 冲 击 第38卷4.2 位移和剪应变增量时程由图7可以看出,潜在破裂面两侧岩体的位移方向不一致,软弱夹层之上的岩体(N 7~N 9)发生了整体向坡外的永久位移,整体位移均很小,一段时间后趋于稳定,并最终收敛,因此边坡最终稳定;从监测单元塑性剪应变增量图8可以看出,软弱夹层的剪应变增量在累积增大,由于剪应变较小且最终收敛,因此边坡最终稳定㊂图7监测点水平向位移时程曲线F i g .7H o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n t -t i m e c u r v e s o f m o n i t o r i n gpo i n ts 图8监测单元剪应变增量时程曲线F i g .8S h e a r -s t r a i n i n c r e m e n t -t i m e c u r v e s o f k e y el e m e n t s 由于矿山爆破作业频繁,年限长久,特别是终了边坡,频繁的爆破振动就会导致潜在滑体永久位移的累积,滑带的塑性剪应变增量增加㊂本文中将爆破振动波形叠加19段用以模拟反复爆破后边坡的变形情况,计算结果如图9~10所示:随着爆破次数的增加,岩体的位移和剪应变增量均在递增,软弱夹层的剪应变最大已经累积到0.05,超出一般岩体可以承受的变形范围,软弱夹层已经发生了剪切破坏㊂但是在数值模拟过程中没有考虑因爆破累计损伤引起的岩体力学参数的劣化,因此在静力情况下是稳定的㊂一般对于动力计算,计算结束后,潜在滑体的位移㊁滑带的剪应变是收敛的,只是会产生一定的永久位移和剪应变,按照动力失稳的判据来说,边坡最终是稳定的㊂图9监测点水平向位移时程曲线F i g .9T i m e -d e p e n d e n t c u r v e s o f h o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n t o fm o n i t o r i n gpo i n ts 图10监测单元剪应变增量时程曲线F i g .10T i m e -d e p e n d e n t c u r v e s o f s h e a r -s t r a i n i n c r e m e n t o f k e y el e m e n t s 4.3 强度折减法动力分析为了分析反复的爆破振动对岩体的累积损伤以及损伤后边坡的稳定性,通过对软弱夹层的天然参数进行不断地折减来模拟爆破振动对软弱夹层的劣化,分析不同折减系数下边坡的稳定性,表达式为:C ᶄ=C ω, t a n φᶄ=t a n φω(2)式中:黏聚力C 和内摩擦角φ为弱化前的岩土体抗剪强度参数;C ᶄ㊁φᶄ为弱化后的抗剪强度参数;ω为折减系数,计算结果见图11~12㊂765 第3期 马 冲,等:爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据图11监测点N 7的水平向位移时程曲线F i g .11T i m e -d e p e n d e n t c u r v e s o f h o r i z o n t a l d i s pl a c e m e n t a tN 7 由图11可知,当ω为1.43~2.80时,随着ω的增大,水平位移随之增大,动力计算结束前,曲线收敛,产生一定的永久位移;当ω为2.81~2.86时,随着ω的增大,水平位移增大,但是动力计算结束前,曲线发散,ω越大,曲线斜率越大,即位移增长速度越快;根据动力失稳判别条件[8,14],当ω=2.80时,边坡处于动力极限平衡状态,此时求得ω=2.80时边坡在静力情况下的稳定性系数为1.02㊂由此可知,边坡的稳定性和边坡受爆破振动劣化程度相关,爆破振动劣化作用后边坡在静力情况下安全储备能力较低的边坡易失稳,安全储备能力较高的边坡不会失稳,只会累积产生一定的永久位移㊂安全储备能力越高,相应的永久位移越小,反之则越大㊂ 由于矿山频繁爆破并且持续时间长,软弱夹层的力学参数以较差情况来考虑比较合理,即当软弱夹层受爆破劣化因素作用,软弱夹层的力学参数降低至残余强度值时(C =0.01M P a ,φ=20ʎ),计算边坡在静力情况下的稳定性系数,计算结果如图12所示㊂可知:稳定性系数与软弱夹层剪出高度相关,岩层倾角θ为15ʎ~23ʎ时,稳定性系数K ȡ1.03,属于相对稳定区域;软弱夹层倾角为24ʎ~34ʎ时,大部分情况稳定性系数K ɤ1.0,属于不稳定区域㊂图12边坡的稳定性系数F i g .12S t a b i l i t y c o e f f i c i e n t o f s l o pe 4.4 爆破振速安全阈值通过以上对岩体在爆破振动下稳定性的研究,可知:灰岩的爆破振速安全阈值应小于22c m /s ,即被保护处边坡岩体振动速度的上限应小于22c m /s ㊂岩层倾角为15ʎ~23ʎ的边坡,其在爆破振动作用下不会发生整体滑坡,只会累积产生一定的永久位移㊂对处于这个区域的边坡,以灰岩的振动标准来确定其阈值,取21c m /s ㊂软弱夹层倾角为24ʎ~34ʎ的边坡,其在过大的爆破振动作用下岩体力学参数会劣化,进而可能导致整体性破坏,因此,必须对爆破振速进行控制㊂根据软弱夹层塑性区的贯通情况,并观察其上覆灰岩的水平位移的大小或方向,来分析爆破振动对边坡稳定性的影响,研究爆破振速的安全阈值,以保证边坡不发生整体性破坏㊂以软弱夹层倾角分别为24ʎ㊁29ʎ㊁31ʎ㊁34ʎ,剪出口至坡顶的垂直距离为14m 时为例进行动力计算,通过调整爆破振动波的振幅,使软弱夹层的塑性区刚好贯通,计算结果见图13㊂由13(a )~(c )可知,软弱夹层之上的岩体水平位移很小,基本在10-5m 量级,且不同步,剪出口部位相对要大一些,往后缘逐渐减小;由图13(d )可知,软弱夹层之上的岩体水平位移很小,基本在10-5m 量级,并且方向不一致,部分方向指向坡外,部分指向坡内㊂因此,可以判断,在此爆破振动强度下对边坡的稳定性影响较小㊂通过数据提取,得到各坡脚对应的水平振速分别为11.2㊁10.3㊁9.1㊁7.3㊁6.0c m /s ㊂从安全角度考虑,爆破振速安全阈值应稍小于上值,最终的安全阈值取值见图14㊂865爆 炸 与 冲 击 第38卷图13塑性区分布图和水平位移云图F i g.13P l a s t i c z o n e s a n dh o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n t o f s l o p e图14软弱夹层倾角与安全阈值的关系F i g.14R e l a t i o n s h i p o fw e a k i n t e r l a y e r i n c l i n a t i o na n d s a f e t y t h r e s h o l d 5结论(1)顺层岩质边坡爆破振动衰减规律为:爆心距增大,振幅随之减小,越靠近爆心衰减幅度越大,局部存在高程放大效应和坡面放大效应㊂软弱夹层影响着边坡的动力响应㊂(2)爆破振动作用下对含软弱夹层的顺层边坡变形破坏受软弱夹层的控制,破坏以软弱结构面的拉伸破坏和剪切破坏为主,并伴有部分岩体的张拉破坏;破裂面可以根据塑性区分布图㊁水平方向位移云图综合分析确定㊂(3)爆破振动作用下,过大的应力将导致岩体反965第3期马冲,等:爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据075爆炸与冲击第38卷复受拉和受剪屈服,岩体累积产生永久位移㊁剪应变增量累积增大,岩体损伤累积,导致岩体力学参数持续降低,爆破振动劣化作用后仍有较大安全储备能力的边坡不会失稳,只会累积一定量的永久位移,极限平衡附近状态的边坡将会失稳㊂(4)对于矿山边坡,特别是终了边坡,制定安全阀值时,软弱夹层的力学性质应以较差的情况(即残余强度)进行考虑,当爆破振动劣化作用后边坡稳定性系数仍然有较大安全储备时,应以坡脚岩体的稳定性制定安全阀值标准;当处于极限平衡状态附近时,应根据边坡的塑性区和水平位移云图综合判断爆破振动对边坡的稳定性影响情况,制定合理的爆破振速安全阀值㊂参考文献:[1]罗艺,卢文波,陈明,等.爆破振动安全判据研究综述[J].爆破,2010,27(1):14-22.L U O Y i,L U W e n b o,C H E N M i n g,e t a l.V i e wo f r e s e a r c ho n s a f e t y c r i t e r i o no f b l a s t i n g v i b r a t i o n[J].B l a s t i n g, 2010,27(1):14-22.[2]言志信,彭宁波,江平.爆破振动安全标准探讨[J].煤炭学报,2011,36(8):1281-1284.Y A NZ h i x i n,P E N G N i n g b o,J I A N GP i n g.R e s e a r c ha b o u tb l a s t i n g v i b r a t i o ns a f e t y c r i t e r i a[J].J o u r n a l o fC h i n aC o a l S o c i e t y,2011,36(8):1281-1284.[3]胡军,钟龙.露天矿爆破荷载等效施加方式的探究[J].金属矿山,2014(6):37-41.HUJ u n,Z HO N GL o n g.E x p l o r a t i o n f o r o p e n-p i tm i n e b l a s t i n g l o a d e q u i v a l e n tw a y[J].M e t a lM i n e,2014(6):37-41.[4]刘亚群,李海波,李俊如,等.爆破荷载作用下黄麦岭磷矿岩质边坡动态响应的U D E C模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(21):3659-3663.L I U Y a q u n,L IH a i b o,L I J u n r u,e t a l.U d e c s i m u l a t i o n o nd y n a m i c r e s p o n s e o f r o c k s l o p e o f h u a n g m a i l i n gp h o s-p h o r i t em i n eu n d e r e x p l o s i o n[J].C h i n e s e J o u r n a l o fR o c k M e c h a n i c s a n dE n g i n e e r i n g,2004,23(21):3659-3663.[5]陈明,卢文波,李鹏.岩质边坡爆破振动速度的高程放大效应研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(11):2189-2195.C E HN M i n g,L U W e n b o,L IP e n g.E l e v a t i o na m p l i f i c a t i o ne f f e c t o fb l a s t i n g v i b r a t i o nv e l o c i t y i nr o c ks l o p e[J].C h i n e s e J o u r n a l o fR o c k M e c h a n i c s a n dE n g i n e e r i n g,2011,30(11):2189-2195.[6]陈占军,朱传云,周小恒.爆破荷载作用下岩石边坡动态响应的F L A C3D模拟研究[J].爆破,2005,22(4):8-13.C H E NZ h a n j u n,Z HU C h u a n y u n,Z HO U X i a o h e n g.F L A C3D s i m u l a t i o n f o r d y n a m i c r e s p o n s e o f r o c ks l o p eu n d e re x p l o s i o n[J].B l a s t i n g,2005,22(4):8-13.[7]万宝安,黎杉,熊茂东.基于F L A C3D的边坡爆破临界振速的确定[J].铁道建筑,2013(8):115-118.WA NB a o a n,L I S h a n,X I O N G M a o d o n g.D e t e r m i n a t i o n o f c r i t i c a l v i b r a t i o n v e l o c i t y o f b l a s t i n g f o r s l o p e s b a s e d o nF L A C3D[J].R a i l w a y E n g i n e e r i n g,2013(8):115-118[8]李海波,肖克强,刘亚群.地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析[J].岩石力学与工程学报,2007,26(12):2385-2394.L IH a i b o,X I A O K e q i a n g,L I U Y a q u n.F a c t o r o f s a f e t y a n a l y s i s o f b e d d i n g r o c k s l o p e u n d e r s e i s m i c l o a d[J].C h i-n e s e J o u r n a l o fR o c k M e c h a n i c s a n dE n g i n e e r i n g,2007,26(12):2385-2394.[9]徐光兴,姚令侃,李朝红,等.边坡地震动力响应规律及地震动参数影响研究[J].岩土工程学报,2008,30(6):918-923.X U G u a n g x i n g,Y A OL i n g k a n,L I C h a o h o n g,e t a l.D y n a m i c r e s p o n s e o f s l o p e s u n d e r e a r t h q u a k e s a n d i n f l u e n c e o fg r o u n dm o t i o n p a r a m e t e r s[J].C h i n e s e J o u r n a l o fG e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g,2008,30(6):918-923.[10]I t a s c aC o n s u l t i n g G r o u p I n c.F L A C-2D(v e r s i o n5.00)u s e r sm a n u a l:V o l u m eV[M].U S A:I t a s c aC o n s u l t i n gG r o u p I n c.,2005.[11]陈建平,高学文,陶连金.爆破工程地质控制论[J].工程地质学报,2006,15(5):616-619.C H E NJ i a n p i n g,G A O X u e w e n,T A OL i a n j i n,e t a l.T h e o r y o f r o c kb l a s t i n g c o n t r o l l i n gg e o l o g y e n g i n e e r i n g[J].J o u r n a l o fE n g i n e e r i n g G e o l o g y,2006,15(5):616-619.[12]夏详,李俊如,李海波,等.爆破荷载作用下岩体振动特征的数值模拟[J].岩土力学,2005,26(1):50-56.X I A X i a n g ,L I J u n r u ,L IH a i b o ,e t a l .U d e cm o d e l i n g o f v i b r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f j o i n t e d r o c km a s su n d e r e x -pl o s i o n [J ].R o c ka n dS o i lM e c h a n i c s ,2005,26(1):50-56.[13] 范留明,李宁.软弱夹层的透射模型及其隔震特性研究[J ].岩石力学与工程学报,2005,24(14):2456-2462.F A NL i u m i n g ,L IN i n g .T r a n s m i s s i o nm o d e l o fw e a k i n t e r c a l a t i o na n d i t s v i b r a t i o n i s o l a t i o n p r o p e r t i e s [J ].C h i -n e s e J o u r n a l o fR o c k M e c h a n i c s a n dE n g i n e e r i n g,2005,24(14):2456-2462.[14] 余海兵,胡斌,甘露,等.峨眉黄山石灰岩矿露天边坡爆破振动测试与分析[J ].爆破,2015,32(4):55-59.Y U H a i b i n g ,HU B i n ,G A NL u ,e t a l .T e s t a n da n a l y s i s o f b l a s t i n g v i b r a t i o n i nE r m e iM o u n tH u a n g s h a n l i m e -s t o n em i n e o p e n -p i t s l o p e [J ].B l a s t i n g ,2015,32(4):55-59.[15] 戴妙林,李春同.基于降参法数值计算的复杂岩质边坡动力稳定性安全评价[J ].岩石力学与工程学报,2007,26(增刊1):2749-2754.D A IM i a o l i n ,L I C h u n t o n g .A n a l y s i s o f d y n a m i c s t a b i l i t y s a f e t y e v a l u a t i o n f o r c o m p l e x r o c k s l o p e s b y s t r e n g t h r e -d u c t i o nn u me r i c a lm e t h o d [J ].C h i n e s e J o u r n a l of R o c kM e c h a n i c s a n dE ng i n e e r i n g ,2007,26(s u p pl 1):2749-2754.S t a b i l i t y a n d s a f e t y c r i t e r i o no f a s l o p ew i t hw e a k i n t e r l a y e r u n d e r b l a s t i n g vi b r a t i o n MAC h o n g 1,2,Z H A N H o n g b i n g 3,Y A O W e n m i n 2,Y U H a i b i n g2(1.S c h o o l o f M a t h e m a t i c a l a n dP h y s i c s ,C h i n aU n i v e r s i t y o f Ge o s c i e n c e s ,W u h a n 430074,H u b e i ,C h i n a ;2.F a c u l t y of E ng i n e e r i n g ,Chi n aU n i v e r s i t y o f Ge o s c i e n c e ,W u h a n 430074,H u b e i ,C h i n a ;3.D e p a r t m e n t o f G e o l o g y a n dG e o p h y s i c s ,T e x a s A&M U n i v e r s i t y ,T X 77843-3115,U S A )A b s t r a c t :An u m e r i c a lm o d e l o f b e d d i n g b e n c hs l o p ew a s e s t a b l i s h e db y u s i n g t h eF L A C 3Ds o f t w a r e .F i r s t ,t h e d y n a m i c r e s p o n s e l a wo f t h e s l o p e u n d e r t h e b l a s t i n g w a v e sw a s a n a l y z e d .T h e n t h e s t a b i l i -t y o f t h e s l o p ew a sa n a l y z e db a s e do nt h ed i s p l a c e m e n t a n dt h es h e a r s t r a i n i n c r e m e n t .F i n a l l y ,a c -c o r d i n g t o t h e j u d g m e n t o f t h e s l o p e s t a b i l i t y ,t h e a p p r o p r i a t e v e l o c i t y s a f e t y t h r e s h o l d o f b l a s t i n g v i -b r a t i o nw a sd e v e l o p e d .S t u d i e s r e v e a l t h a t t h ea t t e n u a t i o nr a t eo f t h ev i b r a t i o na m p l i t u d ed e c r e a s e s w i t hh i g h e r b l a s t e r c e n t e r d i s t a n c e v a l u e .T h e r e i s e l e v a t i o na m p l i f i c a t i o ne f f e c t o n t h e s l o p e a n d t h e m a i nv i b r a t i o nv e l o c i t y re a c h e s t h em a x i m u ma t t h ef o o t o f t h e f r e e s u r f a c e d u e t o t h e e x i s t e n c e o f t h e w e a k i n t e r l a y e r .T h ed e f o r m a t i o na n df a i l u r eo f t h es l o p e i sc o n t r o l l e db y t h ew e a k i n t e r l a y e r .T h e u p p e r r o c km a s s b e c o m e s t h e p o t e n t i a l s l i d i ng ma s sw h e n t h e r e i s t e n s i l e a n d s h e a r f a i l u r e i n t h ew e a k i n t e r l a y e r ,a n d t h e f r a c t u r es u r f a c ec a nb ed e t e r m i n e dac c o rd i n g t ot h eh o r i z o n t a l d i s p l a ce m e n tm a pa n d t h e p l a s t i c z o n ed i s t r ib u t i o n m a p .T h es l o p e f a i l u r e i sa p r o g r e s s i v eac c u m u l a t i o n ,d i s p l a ce m e n t a n d s h e a r s t r a i n a c c u m u l a t i o nw i l l l e a d t o t h em e c h a n i c a l p a r a m e t e r s of t h e r o c kw e a k e n i n g.T h e r e i s a p e r m a n e n td i s p l a c e m e n ta f t e rb l a s t i n g v i b r a t i o ni f t h es l o p eh a sa g r e a ts a f e t y m a r gi n ,w h i l et h e s l o p en e a r t h e s t a t e o f l i m i t e q u i l i b r i u m w i l l b e i n s t a b i l i t y .T h e s a f e t y t h r e s h o l d o f t h e s l o p e i s 21c m /s i f t h e s t r a t a i n c l i n a t i o n i s f r o m15ʎt o 23ʎ.W h e n t h e c u t o u t h e i g h t o f t h e s l o p ew i t h t h ew e a k i n t e r -l a y e r i s 14ma n d t h e s t r a t a i n c l i n a t i o n s a r e 24ʎ,29ʎ,31ʎa n d 34ʎ,t h e c o r r e s p o n d i n g s a f e t y th r e s h o l d w i l l b e 10,8,6a n d 5c m /s .K e yw o r d s :b l a s t i n g v i b r a t i o n ;s l o p e s t a b i l i t y ;s a f e t y t h r e s h o l d ;w e a k i n t e r l a y e r ;b e d d i n g s l o p e (责任编辑 张凌云)175 第3期 马 冲,等:爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据。
爆破安全判据及爆破控制措施研究
爆破安全判据及爆破控制措施研究发布时间：2023-02-23T01:51:13.915Z 来源：《建筑实践》2022年19期10月作者：梁毅[导读] 针对爆破施工可能导致的风险，采取合理的安全判据及减振措施具有重要意义。
梁毅（重庆交通大学重庆市 400074）摘要：针对爆破施工可能导致的风险，采取合理的安全判据及减振措施具有重要意义。
本文总结了几种不同条件下爆破安全判据研究指标研究现状。
分别探讨了从爆源和传播路径上控制爆破振动强度，指出目前爆破振动研究的方向：采用人性化的爆破安全判据；开发基于互联网技术的快速反应爆破强度技术。
关键字：爆破；安全判据；控制措施近年来，随着我国社会经济及技术水平的发展，为了实现经济及效率，爆破施工在交通土建、水利水电工程中广泛被采用。
爆破施工带来的工程风险也逐渐引起人们的重视。
爆破振动易导致边坡失稳、建（构）筑物结构破坏等工程事故，为避免爆破可能带来的灾害，选择合理的安全判据及减振措施具有重要意义。
一、爆破振动安全判据目前，针对爆破安全判据，各个学者有着不同的看法。
一方面，质点加速度能够快速的得到震动惯性力，便于得到爆破振动荷载。
另一方面，质点振动速度能够连接起地应力与应力波传递的能量，同时，也能连接起产生的动能及相互作用力的关系，蒋楠等[1]提出宜取振动速度为安全判据。
必须指出的是，早期《爆破安全规程》(GB 6722—86)中单一采用质点峰值振速作为结构物是否安全的判据。
随着技术的发展，单纯以质点峰值振动速度作为爆破安全判据的单一标准不能较好的完整评价爆破振动安全，而《爆破安全规程》(GB 6722—2003)采用质点峰值振动速度和频率的综合安全判据则显得更全面，同时，采用质点峰值振动速度和频率的综合安全判据也延续到现行有效的爆破安全国家标准《爆破安全规程》(GB 6722—2014)，如表1.1所示。
学者们针对爆破振动研究，仍致力于选择合理的振动速度指标，唐曌等[2]针对隧道下穿运营机场跑道，通过数值模拟和极限拉应力准则推导，提出以8cm/s作为机场跑道爆破安全振动速度。
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爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据
马冲;詹红兵;姚文敏;余海兵
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2018(038)003
【摘要】运用FLAC3D软件建立了顺层台阶边坡数值模型,首先分析爆破振动作用下边坡的振速响应规律,然后通过边坡的位移、剪应变增量分析其稳定性,最后根据边坡稳定性判据,制定爆破振速安全阈值.研究表明,随着爆心距的增大,振速传播规律为近处衰减快、远处衰减慢,坡面存在高程放大效应,临空面中由于软弱夹层的阻隔影响,使得坡脚的振速最大;边坡的变形破坏受软弱夹层控制,其上覆岩体为潜在滑体,破裂面可以根据水平位移云图和塑性区分布图综合确定;边坡的破坏是一个渐进性的累积过程,位移和剪应变的累积会导致岩体的力学参数不断弱化,爆破振动劣化作用后仍有较大安全储备的边坡只会累积产生永久位移,而接近极限平衡状态的边坡将会失稳;当岩层倾角为15°～23°时,边坡振速安全阀值为21 cm/s;当软弱夹层剪出口距离坡顶高度为14 m,倾角分别为24°、29°、31°、34°时,安全阀值分别为10、8、6、5 cm/s.
【总页数】9页(P563-571)
【作者】马冲;詹红兵;姚文敏;余海兵
【作者单位】中国地质大学数学与物理学院,湖北武汉430074;中国地质大学工程学院,湖北武汉430074;美国德州农工大学地质和地球物理系,美国德州77843-3115;中国地质大学工程学院,湖北武汉430074;中国地质大学工程学院,湖北武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】O389;TU457
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