爆破引起岩体损伤的判别方法研究

（ 7）
爆破前的弹模设为：
2（ ） （ ） ／ （ （ E =" O 1 -#） 8） pr 1 -# 1 -2 # 因为轮廓线上的爆破采用预裂或光爆技术， 基础采用预留保护层或特殊爆破技术的开挖
（ 、 式中的参数作进一步 方式， 所以保留岩体在爆破前后不会产生质的变化。于是可以对 （ 7） 8）
近似处理。假定爆破前后的岩体密度近似相等， 即" !" ， 认为爆破前后的泊松比也近似相 等， 将 Βιβλιοθήκη Baidu （ 、 式代入 （ 式则有： 7） 8） 1） # ! #， 2 ／ （ ／ pr ） D =1 -E E =1 O p O 再将 （ 式的结果代入 （ 式， 有： D =1 - KV = 0. 19 6） 9）
ABSTRACT ：A ccordi ng t o t heor y of elastic wave and under t he conditi on of assuri ng t hat t he densities and poisson ’ s rati os of a rock mass bef ore and after blasti ng are approxi matel y eCual ， a re（! ） lati onshi p bet ween t he reducti on rati o of sound velocit y ， t he coefficient （ K v ） of rock mass （ ） i ntegrit y and t he loss coefficient D of elastic modul us has been established. It can be used as an e mpiric way f or t he deter m i nati on or calculati on of D . Based on t he above- menti on relati onshi p ， t he applicati on of rock mass da mage standard is discussed t hrough taki ng excavati on blasti ng of t he slope and base ment i n hydroelectric proj ects as an exa mple. I n vie w of t he above ， a concept on rock mass da mage i n blasti ng proj ects and t he acceptable da mage criteri on are proposed. KEY WORDS ： B lasti ng ； Rock mass da mage ； Sound velocit y ； Da mage criteri on
岩体完整性程度 岩体完整性系数 KV 完整 1! 0. 75 较完整 0. 75 ! 0. 45 完整性较差 0. 45 ! 0. 20 破碎 ! 0. 20
2 （ ／ pr ） （ KV = O 2） p O 式中： 为岩体的纵波速度； 为完整岩块的纵波速度 （这里可以认为O 是爆后的岩体波速， O O p pr p 为爆前的纵波速度） 。 完整性系数在工程中的应用虽然未引入到损伤力学的概念中， 但公式 O pr
（弹性模量损失系数） 表示岩体的损伤程度： 用比例常数 D D =0 代表无损伤； D =1 代表岩 体完全破碎， 此时岩石传递拉应力为0 ；对于0 ! D !1 ， 表示岩石处于非完全断裂的过渡状 态。 则其比例常数可表示为： ／ （ D =1 -E E 1） 式中： E 为爆破前岩体的弹性模量； E 为含裂纹体的宏观等效弹性模量（爆破后的等效弹性 模量） 。 当开挖轮廓线上采用预裂爆破时， 按规范要求， 根据岩性的不同， 除预裂缝的宽度及开挖 后岩面的不平整度有相应要求外， 反映其良好爆破质量的重要依据是半孔的残留率。对完整 岩石要求达到80 % 以上， 对于较完整和完整性差的岩石不小于 50 % ， 较破碎和破碎岩石不小 于20 % 。事实上， 尽管满足了规范的要求或生产的规定， 如前所述， 爆破荷载仍对保留的岩体 产生了不同程度的损伤。 在工程物探中要判别岩体的劣化程度， 《 水利水电工程物探规程》 （DL5010 -92 ） 中， 岩体 按完整性系数分类如下：
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爆破对岩体损伤的描述方法
爆心距约为120 ! 大于150 倍药包半径 150 倍药包半径的区域为爆炸应力波的传播区域，
后， 应力波衰减为地震波。由于岩体自身的非均质性， 当受到来自炸药爆炸的作用时， 原有裂 隙张开、 扩展， 导致爆源附近的岩体结构及物理性能产生了劣化。
〔 2〕 考虑爆破对岩体弹性常数的影响， 爆破后可认为岩体中的裂纹是随机分布的 ， 所以可
2 2 2 将 （ 式代入 （ 式中得： KV = （ ／ pr ） （ ／0 ） （ （ 5） 2） O c 1 -!） 6） = = =0. 81 1 c p O 为了将 （ （ 、 及 （ 式统一起来， 作以下的近似处理， 按弹性波理论爆破后的弹模设为： 1） 2） 3）
- -2 （ ） （ ） ／ （ E =" O 1 -#） p 1 -# 1 -2 #
其中的 KV 按下式计算：
（ 从宏观上已反映了岩体损伤的特征。 2） 我国 《水工建筑物岩石基础开挖工程技术规范》 （SL47 -94 ） 中对岩体的爆破破坏也作了 相应的规定， 采用声波法按岩体波速在爆前爆后的变化率来判定： （ ／ （ c c c 3） 0 1） 0 != 规范规定， 当 ! "10 % 时， 即判定岩体破坏。式中c c 0 为爆破前在岩体中测得的声波速度； 1 为爆破后对应c 测试部位的声波速度。 0
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工
程
爆
破
（ 至 （ 式就是爆破对于岩体损伤的基本描述， 实际上也是工程上关于声波的三种不同 1） 3） （ 、 式也是水电工程中坝基验收的判别标准。 表达式。 （ 2） 3）
3
爆破与岩体损伤判别式的相互关系
为了研究 （ （ 、 （ 、 式的相互关系， 确定岩体的损伤标准及范围， 为损伤力学的理论研 1） 2） 3）
〔 1〕 陷是连续的 。由于岩体中的裂隙几乎无处不在， 所以上面的这种宏观力学观点对研究受爆
破荷载时岩体的损伤演化及其结论可能更加客观。 因理论预测爆破对岩体的损伤范围， 也必须通过实际检验来判断其正确性， 所以本文拟采 用物探方法， 建立了基于声波法的三种判别式之间的关系， 并对损伤范围的判断标准结合水电 建设的生产实际进行研讨。
摘 要： 依据弹性波理论， 在假定爆破前后岩体的密度、 泊松比近似相等的条件下， 建立
了声波的波降率 （ 、 岩体的完整性系数 （K v ） 以及弹性模量损失系数 （D ） 三者之间的关 !） 系， 这为弹性模量损失系数 （D ） 的测定或计算提供了一种工程经验的途径。在上述关系 式的基础上， 以水电工程中边坡及基础爆破开挖为实例， 对所建立的关系式进行了损伤标 准的应用性探讨， 由此提出了关于工程破坏损伤判据及可以接受的工程损伤判据概念。
〔 3〕 中， 水电部门的科研人员进行了一系列的工程研究， 如长江科学院的统计分析表明 ， 对于致
对结构面发育、 变形具有塑性特征的岩石类， 密的脆性岩石类， ! =0. 1 为其破坏的临界值； ! 。 另一些工程也制定了相应的标准， 如清江隔河岩水电站、 东风水电站、 东江水电站等都 =0. 2 是以! =0. 1 作为控制标准的， 继而在SL -47 -94 水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规 范中也提出了相应的标准。如果将! = 0. 1 代入 （ 式中， 则有： 4） ／ 0 =0. 9 c 1 c （ 5）
对损伤标准已形成了统一的认识， 也 究提供依据， 爆破界的研究人员已进行了20 余年的努力， 即 （ 式的结论。如将 （ 式作一简单的变换， 则有： 3） 3） ／0 （ 4） 1 c ! =1 -c 式中， 我们可以将!看作是岩体受爆破影响后声波的波降率。 关于!的标准， 其认识也是 在 （ 4） 在不断发展的。 我国 《水工建筑物岩石基础开挖工程技术规范》 爆破的声波波降率 ! SDJ211 -83 曾规定， 大于0. 035 即认为岩体受到破坏， 这个标准实际上可能被仪器的误差所掩盖。 在随后的十余年
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引
言
水电建设中进行边坡及建筑物建基面开挖时， 通常对轮廓线上的爆破采用预裂或光面爆 破技术， 对基础采用预留保护层或特殊爆破技术的开挖方式， 但无论何种方法， 对开挖轮廓以 外的保留岩体及基础的岩石仍然存在着不同程度的损伤。因此， 确定边坡或基础岩体损伤范
收稿日期： 2000 -08 -18 作者简介：朱传云，水电学院副教授，武汉水利电力大学工学硕士。
朱传云等：爆破引起岩体损伤的判别方法研究
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围， 为岩体的稳定分析及安全加固提供参考依据， 是工程建设部门及科研单位都极为关心的 事。由于损伤力学在爆破中的应用只是近十年的事情， 虽然在本构方程的建立及统计与模拟 方面做出了一些有益的工作， 但通过理论分析来预测爆破对岩体的损伤范围， 还远未达到实际 应用的程度； 然而作为一种定性分析， 已被工程界普遍关注或认同。原因是损伤将介质视作一 种 “劣化因素” ， 而并非断裂力学中认为材料总带有裂纹的假定， 把材料从宏观上考虑为原始缺
第7 卷 第1 期 2 0 0 1 年3 月
工程爆破
ENG I NEERI NG BLAST I NG
Vol .7 ， No .1 M arch 2001
文章编号： （ 1006 -7051 2001 ） 01 -00012 -05
爆破引起岩体损伤的判别方法研究
朱传云， 喻胜春
（武汉大学，武汉 430072 ）
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关于损伤标准的讨论
! " # 岩体损伤的判别标准 关于爆破引起的岩体破坏的判别方法， 20 世纪 80 年代前工程上基本采用压水试验及地
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〔 4〕 质的锤击法 ， 而就当时的爆破技术来说， 光面爆破及预裂爆破技术在工程中的应用尚不普
遍， 对水工建筑物坝基的保护远未达到现代爆破技术的水平。现今对建基面的保护性开挖爆 破技术与过去相比， 已有长足进步， 因此， 单就控制爆破对建基面岩体的影响而言， 比之过去的 要求就要严格得多。 关于规范规定的破坏声波下降率的临界值从SD 提高到 SL -47 -94 J2ll -83 的! = 3. 5 % ， 的! 说明认识上有了一定的提高， 但这个! =l0 % 并非代表工程可以接受的临界值。 =l0 % ， 实际工程中开挖爆破对岩体的损伤深度一般在 0. 5 m 左右， 而这只是对完整新鲜的岩体 而言。对于软岩或脆性的节理裂隙比较发育的岩体， 损伤深度还要大。 根据水电工程及水工建筑物修建的特点， 为弥补开挖对岩体的损伤， 可以采取两种措施： 这道帷幕起到了防水墙的作用； "对水工建筑物设置灌浆帷幕， #当建基面较完整时可以不设 系统固结灌浆， 而在帷幕的前后进行固结灌浆， 既可以起到补强的效果， 以求进一步改善爆破
关键词：爆破；岩体损伤；声波速度；损伤判据 中图分类号： TD235. 1 + 1 文献标识码： A
STUDY ON THE CRI TERI ON OF ROCK MASS DAMAGE CAUSED BY BLAST I NG
Z~U chuan- y un ， YU sheng-chun （W ， uhan Unioersit y W uhan 430072 ， china ）
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（ 10 ） 至此， 我们经过推导、 演算及参考工程规范， 已得到 （ （ 、 及 （ 式对应的结论， 即无论采 1） 2） 3）
用哪种表达式来说明问题都是等效的。如当岩体破坏时的临界值!=0. 1 时， 相应D =0. 19 ， 而 KV =0. 81 。 从以上对应的数字看， 由岩体完整性系数知， 而 KV =0. 81 说 KV =1 $0. 75 为完整岩类， 《水工建筑物岩石基础 明爆破前后并未改变岩体的完整性分类。 从这里可以看出， KV 的分类比 开挖工程施工技术规范》 （SL -47 -94 ） 中的 ! 规定要宽松一些。