第四章 第三节 爆破作用引起的工程地质问题

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（一）均质岩体与爆破作用的关系
均质岩石主要以其物理力学性质对爆破作用产生影 响。 1.某些爆破参数与岩性有关 爆破设计时某些爆破 某些爆破参数与岩性有关 参数如炸药单耗、爆破压缩圈系数、边坡保护层厚 度、药包间距系数、岩石抛掷距离系数以及爆破安 全距离计算中的一些系数都需要根据岩石的物理力 学性质如岩石的容重及强度或f值等加以确定。这 些可参考爆破设计有关内容。 2.炸药与岩石匹配问题 为了提高炸药能量利用率 炸药与岩石匹配问题 必须根据岩石的特性阻抗（波阻抗）来选择炸药的 品种，使炸药的特性阻抗（即炸药的密度与爆速的 乘积）与岩石的特性阻抗相匹配。
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第五节 爆破对工程地质条件影响
A
B
C
爆破对保留岩体破坏
爆破对边坡稳定性影响
爆破对水文地质条件影响
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一、爆破对保留岩体的破坏 根据爆破作用基本原理，在有临空面条件下的 爆破，从药包中心向外可分为：压缩区、爆破 漏斗区、破裂区和振动区。 一般压缩区和爆破漏斗区是需挖运的爆破范围， 破裂区和振动区则是爆破可能引起工程地质问 题的区域。 通常爆区后缘地表破坏范围比深层破坏范围大
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(二)爆破对保留边坡隐定性的影响
一般的爆破都会对保留边坡的内部岩体产生破坏，受破 坏的程度主要与如下因素有关。 1.爆破药量 一次起爆药量越大，坡内的应力波越强， 爆破药量 边坡破坏越严重。 2.最小抵抗线 最小抵抗线越大，向坡后的反冲力越强， 最小抵抗线 边坡破坏越重。 3.工程地质条件 地质条件不良，如岩性较软，岩体破 工程地质条件 碎，施工时清方刷坡不够彻底，边坡塌方失稳的可能性 越强。此外，爆破开挖形成的新边坡改变了坡内原有应 力场，以及暴露的新鲜岩石，在风化作用下强度逐渐降 低，使得新边坡不断变形，稳定性逐渐变差。
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3.地应力变化引起的地质问题。在深层开挖隧道工 程时，往往会因地压作用使隧道变形，甚至将隧道 摧垮。 地应力增大到一定程度时发生应力释放，引起构造 带活动从而形成地震。以上问题都有待深入探讨， 其机制问题目前也存在较大的争议。爆破是一种突 发应力状态，对这些现象如何发生影响，影响到什 么程度，对其认识也有待进一步提高。 4.爆破引起的地下水及瓦斯突出事故。发生过许多 爆破引起地下水、瓦斯突出事故，使矿区毁灭。预 防这类事故的可靠措施是在该地段打超前孔，随时 进行瓦斯浓度监测。
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3.岩性对爆破破岩及传波特性的影响 岩石的孔隙愈 多、密度愈小，则爆破应力波的传播速度愈低，同 时岩石愈疏松则弹性波引起质点振动耗能越大， 还由于孔隙对波的散射使用会使波的能量衰减很快， 从而减少应力波对岩石的破碎作用而影响爆破效果。
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（三）改造地形 在爆区天然地形不利于达到需要的爆破目的时，改 造地形是爆破设计中的重要措施之一。图6—3 在斜坡地面进行定向爆破改造地形的例子如图6—4 在改造地形时，必须注意辅助药包开创的临空面应 能准确引导后面主药包的抛掷方向，否则会影响爆 破效果。
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（二）各种爆破类型对地形条件的要求
爆破方法和爆破效果在很大程度上取决于爆破 地点的地形条件。 根据客观的地形条件，因地制宜地选择相应的 爆破方法是十分重要的。 露天大爆破根据工程要求不同，采用不同类型 的爆破方法，一般有松动爆破、加强松动爆破、 抛掷爆破（或扬弃爆破）和定向抛掷爆破。
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（一）爆破对自然边坡稳定性的影响
1. 爆破时强烈的振动作用引起大方量的滑塌或古滑坡 复活。 2. 在爆破振动作用下，致使裂隙部分或全部贯通，日 后在雨水的影响下经常滑移变形，最后完全失稳。 3.岩体内垂直柱状节理十分发育，加之边坡高陡。在强 烈的爆破振动作用下，坡缘处地震波反射、叠加使振动 加强，岩柱拉裂折断，使整个岩体散裂而导致边坡坍塌。 4.坡缘处原有摇摇欲坠的危石，在爆破振动作用下，稳 定性降低，或迟或早会脱离母体翻滚而下，形成崩塌。
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第四章、 第四章、爆破工程地质
第三节 爆破作用引起的工程地质问题
孟爱国
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本次授课重点
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一、设计原理的主要任务
二、设计需要完成的步骤
三、矿山设计程序
四、小结
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第三节 爆破作用引起的工程地质问题
特别是大爆破后可能引起的工程地质问题，主要是 边坡稳定问题。 必须详细了解爆区工程地质条件，认真研究药包布 置及爆破各项参数的选取， 大爆破引起的边坡病害，在硬质岩体中主要产生危 石和落石，在松软岩体、软硬不均岩体中则可能引 起崩塌或滑坡。 在爆破作用区范围内，处在斜坡或陡坡上的悬石、 堆积体或古滑坡体，在爆破当时即使没有明显的活 动，但以后在自然应力作用下仍可能发生崩塌或滑 落。
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二、爆破工程地质勘察的内容和方法 （一）一般岩土爆破工程
一般岩土爆破工程的地质勘察内容包括： 1.地形条件 地表的形状、坡度、高度，山体厚度，临空面 条件等。 2.地层岩性 岩石名称、类别、物理力学性能、岩层(特别是 软弱夹层)产状、覆盖层(坡积层)和风化层厚度。 3.地质构造 断层、层理、破碎带等的分布和产状，以及溶 洞和裂隙发育程度。 4.水文地质 地下水位线、裂隙水、岩溶水、暗河、泉水、 地下积水等的分布情况等。 5.灾害问题 掘进爆破时应查明有无危险性物质，如放射性 物质，瓦斯和可燃、可爆性粉尘、高温矿物的可燃性及温度 等。 勘察方法和一般的工程地质基本相同，可采用钻探、坑探、 槽探、踏勘、实验室试验等。
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2.地形与爆破方量的关系 地形与爆破方量的关系 地形对爆破方量的影响很大，也就是说多面临空的 鼓包地形有利于爆破，山沟洼地不利于爆破，这是 由于地层夹制作用的结果。 3.地形与爆破其它参数的关系 地形的变化对某些爆 地形与爆破其它参数的关系 破参数的选择有一定影响，如爆破作用指数n值、 爆破漏斗可见深度、药包间距都与地形有关， 还影响到抛掷堆积体的形状，抛掷距离和堆积高度 等等。
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三、地下爆破工程引起的工程地质问题
1.爆破引起的塌方、冒顶。塌方、冒顶、片帮 是地下开挖中经常遇到的现象，其内因是由于 不利的节理裂隙组合、断层、软弱带影响，而 激发因素往往是由于爆破不当。 2.地下采掘工程造成地面塌陷，形成地表塌陷 区。塌陷区的范围是可以预先划定的，在该区 范围内不得设置任何地下工程(竖井、平巷)， 地表不得设置道路和建筑物，也不能设置工业 设施。
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二、爆破对边坡稳定性影响 爆破产生的边坡失稳分为两类：一类为爆破振 动引起的自然高边坡失稳；另一类为爆破开挖 使工程边坡遭受破坏，日后风化作用引发不断 的塌方失稳。 一般情况下，硐室爆破对边坡稳定性影响最大， 深孔爆破次之，浅孔爆破最小。所以在硐室爆 破设计中应对边坡稳定性影响有足够重视。
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（三）边坡开挖的爆破安全注意事项
1.选择合理的爆破方案 选择合理的爆破方案 选择爆破方案时应考虑边坡稳定问题。硐室爆破对 边坡破坏作用强，所以预留保护层较厚；钻孔爆破 可预留光面层，使边坡得到最大限度的保护。 2.进行合理的爆破设计 2.进行合理的爆破设计 应根据岩性和地质构造进行爆破设计，特别是硐室 爆破的设计应根据地质构造的特点来布置药包，确 定各项参数。 3.提高爆破施工质量 提高爆破施工质量 避免因爆破施工不当(如产生盲炮、堵塞不严等原因 使爆破不彻底)，清方刷坡不彻底，护坡防护不到位 等引起边坡变形失稳。
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（二）非均质岩体对爆破作用的影 响
1.爆破作用容易从松软岩体较部位突破而影响爆破 效果。 2.当药包通过不同岩层，或有较厚的松碴压在上面， 在确定炸药单耗q值及药包间距系数时，要考虑其 影响，要防止过量装药和产生根底。 3.在确定上破裂半径值时，对于有较厚堆积层的斜 坡，不能单纯从坡度考虑，而应视覆盖层情况确定。 4.因为岩性差异大，非均质岩体爆后形成的边坡也 不稳定，爆后边坡面易于形成各种裂隙，或使原有 节理、层理扩展，造成坡面凹凸不平，形成落石等 病害。
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（1）松动爆破与加强松动爆破一般不受地形条件 的限制，但要结合不同的地形采用不同的布药方式 以求得较好的爆破效果，此外地形影响到这种爆破 方法的技术经济指标，如多临空面和陡坡地形要比 凹地、沟谷、垭口地形取得较经济的爆破效果； （2）抛掷爆破是要求将矿岩抛出爆破漏斗以外或 露天矿境界以外，降低爆堆高度或减少装运工程量， 其抛掷百分率与地形条件有关，地形坡度愈陡则抛 掷率愈高，可以达到70%~80%，采用强抛掷可达 100%；定向抛掷爆破对地形条件要求较高 。
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三、岩体性质对爆破作用的影响 自然界的岩体大多数是非均质体，岩体的均质 与非均质对爆破的影响作用有很大的区别，均 质岩体主要以岩石本身的性质(物理力学性质) 去影响爆破作用，而非均质岩体则是岩体的弱 性部位对爆破的影响起着决定性作用。 实际上均质岩体与非均质岩体并无明确界限 。
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第四节 爆破工程地质勘察 一、爆破对工程地质勘察基本要求
1.论证采用爆破施工的必要性、合理性和可靠 性。 2.查明爆区以及爆破影响区的地形地物及各种 地质构造，论证爆破对地物及地质构造的破坏 和影响，以便确定合理的爆破方案（硐室、深 孔、浅孔）及规模；调查岩石性质，为爆破设 计确定合理的炸药单耗和各项参数提供依据。 3.根据整体工程对爆破的要求，分析爆破前后 的地质条件变化，预计可能出现的边坡失稳、 地基沉陷、滑坡、绕坝渗流等工程地质问题 （或灾害），以及预防措施和善后处理办法。
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（一）后缘地表破坏
后缘地表破坏是由后冲和反射拉伸波作用形成，裂缝常沿平 行临空面方向延展，且距爆破区越近就越宽、越密；地表裂 缝宽度和延展长度与爆破规模、爆破夹制作用、爆破方法和 地形地质条件有关。爆破规模大、夹制作用强，则地表裂缝 破坏程度大。根据经验总结，地表破坏区作用半径可用下式 计算： RP = K P 3 Q (6—5) 式中：Q---装药量，kg； RP----药包中心至地表裂缝区最边缘的距离，m； KP——破坏系数，取值范围一般为KP =1.7~2.6，最大也未 超过3.0。 采用预裂爆破、光面爆破、微差爆破、增加爆破自由面、减 小爆破规模等措施，对后缘地表破坏有一定的抑制作用。
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（二）爆破对深层基岩的破坏 根据工程性质不同，爆破对深层基岩破坏情况 的要求有所不同。一般开山采石不需要考虑基 岩破坏；路堑开挖爆破仅考虑药包周围压缩圈 产生的破坏范围（一般情况下需给路基和边坡 预留保护层，保护层厚度为压缩圈半径）； 而在水工坝基开挖中，即使在爆破作用下产生 微小的裂缝也被视为对基岩的破坏，因此，一 般上层采用深孔爆破，下层采用浅孔爆破，最 底层采用人工凿除的办法，以阻止上层爆破裂 缝向下层扩展。
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二、地形条件对爆破作用的影响 （一）地形与爆破的关系
1.地形对爆破石方抛掷方向的影响 地形对爆破石方抛掷方向的影响 地形决定了药包最小抵抗线的方向。 在平地爆破，土岩抛出方向是向上的； 斜坡地面爆破，土岩主要沿斜坡面法线方向抛出，根据弹道 抛物线原理，以45º抛掷距离最远， 在山包、山头、山嘴、山脊等地形进行爆破，药包抵抗线是 多方向的，例如孤山包爆破是四面“开花”；山嘴地形则可 向三个临空面飞散；山脊地形则向两侧抛出。 这些都是多临空面地形的抛掷情况。在洼坑、山沟、垭口等 地形爆破，夹制作用大，抛出方量和方向严格受地形限制， 但它抛掷方量集中。