凸形地貌对爆破震动波传播影响的数值模拟

应用UDEC程序模拟了爆破震动波在两种凸形地貌中的传播特征,并与广东岭澳核电站2期基础爆破开挖现场监测结果进行了对比。结果表明,凸形地貌对爆破震动波具有明显的放大作用,其数值模拟结果与现场监测结果吻合得比较好。研究结果还揭示,在一定爆破能量下,爆破震动波速度放大系数并不随台阶型凸形地貌的增高而单调增加,而是先随凸形地貌高度的增加而增加,在凸形地貌高度达到某一临界值时放大系数达到最大值,当凸形地貌高度超过这一临界值时,放大系数随凸形地貌高度的增加而减小。另外,在孤立凸形地貌下爆破振动波速度放大系数还与凸形地貌的高宽比有关。     

台山核电站边坡爆破振动监测及数值模拟研究

台山核电站场平一期边坡的稳定性直接关系到电站的顺利建设及核电站运营期间的安全。通过现场爆破振动监测,分析了爆破开挖时边坡的振动速度衰减规律, 发现爆区上方马道内侧质点振动速度随高程增加存在放大效应,并且这种放大效应在水平径向比垂直向更为显著;另外,在爆区上方第1级马道内侧,质点垂直向振动速度一般比水平径向振动速度大,平均为其1.5倍左右,而后随着应力波向坡体传播,垂直向速度迅速衰减,而水平径向速度衰减相对较慢,到第3级马道内侧,质点水平径向速度已和垂直向持平或略大。同时,结合三维离散元数值软件(3DEC)进行数值模拟,对边坡在爆破荷载作用下质点振动速度、位移以及塑性区状态进行分析,并与现场监测结果进行比较。结果表明,数值计算值与实测值误差在15%以内;在爆破荷载作用下边坡各级马道外侧顶点产生永久位移,但均较小,且趋于稳定;塑性区仅限于爆区周围,边坡整体是稳定的     

爆破荷载作用下岩体振动特征的数值模拟

根据福建牛头山水电站地基岩体爆破开挖监测,运用离散元方法模拟了节理岩体距爆源不同距离处质点的振动速度和频率的变化特征,由此确定岩体质点最大振动速度和振动主频随爆源距离的衰减规律,并得到了距爆源一定距离处质点最大振动速度和振动主频与爆破药量的关系。数值模拟与现场实测的结果表明,用离散元软件UDEC计算得到的岩体振动特征和衰减规律与现场监测结果是基本符合的,误差在工程应用的允许范围之内,因此UDEC用于对岩体动态响应的数值模拟是适合的。     

既有隧道扩建爆破振动数值模拟研究

基于原有隧道改扩建拱顶塌腔段扩建开挖,系统研究了多临空面条件下岩体爆破振动规律。采用完全重启动数值方法和拉格朗日算法分析岩体爆破振动规律,模拟爆破振动对隧道塌腔加固区和既有隧道围岩的影响,并获得了特征点的振动速度和衰减规律。数值模拟的最大振速符合爆破振动安全允许标准的要求,从而验证了爆破设计的可行性,并指导了爆破施工。同时,对隧道塌腔段开挖进行爆破振动监测。通过对比分析现场振动监测数据,数值模拟与现场监测结果吻合。结果表明,采用拉格朗日算法和完全重启动数值模拟方法可以描述隧道多孔毫秒延期爆破破岩和质点振动传播规律。该研究结论对隧道多孔毫秒延时控制爆破工程具有参考和指导意义。     

导流隧洞开挖施工的爆破振动监测与分析

详细分析了导流隧洞地质条件,结合隧洞的布置特点和现场的施工情况,采用固定测点的方案,对隧洞开挖施工进行了现场监测。分析测试数据发现,质点振动速度具有明显的方向效应,质点朝临空面的振动速度明显大于其他方向。测点和爆点不在同一高程时,当两点的高差与爆心距的比值较大时,“高差效应”引起的质点在不同方向的峰值振动速度差别十分明显,当两点的高差与爆心距的比值较小时,“高差效应”明显减弱。对于高差与爆破振动传播和衰减规律之间的关系,以往的研究提出了一些修正公式,但这些公式均把高差作为一个独立的变量进行考虑,物理意义不甚明确。根据前面的数据分析,考虑高差影响的实际意义并结合无量纲分析,取高差与爆心距的比值作为“高差效应”影响因子,对传统爆破振动波衰减经验公式进行了修正,经过对比分析,修正后的爆破振动波衰减规律公式具有更高的精度。同时,对实际监测中出现的振动速度超过安全控制速度的情况进行了分析,及时调整爆破参数,从而有效地控制了爆破振动破坏效应。其研究成果对指导隧道工程开挖爆破施工和保证坝体及大坝帷幕安全起到了重要作用,保证了该工程爆破施工的顺利完成。     

地基土中道路交通振动的衰减特性测试分析

通过对道路交通荷载下50m和80m深孔的现场振动测试,在时域和频域上分析了有车工况与无车工况下场地孔中位移随深度的衰减规律.结果表明:峰值频率随深度增大而逐步减小,在40m左右深度,峰值衰减因子接近0.2,振动衰减已很明显;与弹性半空间瑞利波的衰减规律对比发现,水平向位移衰减较弹性半空间瑞利波衰减慢,但随着深度增大,衰减因子逐渐接近弹性半空间的瑞利波衰减曲线;垂直向位移衰减因子随着深度逐步减小,且比弹性半空间瑞利波衰减得快.     

溪洛渡水电站出线竖井爆破振动效应研究

对溪洛渡水电站左岸出线竖井开挖爆破的振动速度进行了现场测试。运用萨道夫斯基公式对测试数据进行回归分析,得到了竖井爆破掘进中地震波传播衰减公式。利用该式预测距离井底高程差为18.2～24.5 m处范围内测点的振动速度,并与实测数据进行对比。结果显示,竖井爆破振动的传播存在高程放大效应,水平振速放大系数约为1.49～2.24,垂直振速放大系数约为1.78～2.73;通过考虑高程效应对萨道夫斯基公式进行了修正,得到考虑高程因子的衰减公式,线性关系显著,对存在高程放大效应的爆破振动预测具有借鉴意义。运用动力有限元分析方法对竖井结构在爆炸冲击波荷载作用下的结构响应进行数值模拟,数值模拟结果与现场测试结果的对比表明,当相对高差不大时,两者整体趋势比较吻合,距离井底0～15 m,振动速度快速衰减,振动速度峰值衰减幅度超过总体幅度的60%;距离井底超过30 m,衰减不超过总幅度的10%。采用岩石-混凝土强度破坏准则对竖井构筑物在爆炸冲击荷载作用下的稳定性进行了强度校核,为竖井后续施工安全提供了参考。     

岩体中应力波幅值随时空衰减的关系

把岩石抽象为Kelvin-Voigt黏弹性体,应用复数理论建立了应力波在岩石中传播时的振动频率和波动频率的关系,在此基础上,研究了岩石和含有一组平行结构面的岩体中应力波幅值随时间和随空间衰减的关系。研究表明,应力波在岩石的传播过程中,频率是影响应力波幅值衰减的的主要因素;应力波在含有1组平行结构面岩体的传播过程中,由于结构面的存在,影响了应力波能量的传播,其幅值随时空衰减系数主要由结构面间距及其反射系数决定,结构面间距减小和反射系数增加,幅值随传播距离的衰减系数增加和随时间的衰减系数减小,而结构面的黏性系数增加,幅值随传播距离的衰减系数增加,但随时间的衰减系数变化很小。上述结论对岩体结构探测具有重要的指导意义。     

空洞对隧道喷射混凝土爆破振动特性及安全评价的影响研究

在隧道工程施工过程中,爆破开挖与喷射混凝土支护往往交替进行,爆破振动可能会造成局部的喷射混凝土与围岩表面之间失去黏结力,二者脱离形成空洞。采用薄板振动理论模型、三维离散元程序3DEC数值模拟及现场实测振动分析相结合的方法,研究了隧道喷射混凝土与围岩之间的空洞对混凝土喷层爆破振动特性及安全评价的影响。研究结果表明,当隧道喷射混凝土与围岩之间存在空洞时,空洞处喷射混凝土的振动速度增大、振动持续时间变长、振动频率降低,振动的幅值-频率谱具有明显的单峰现象,回归分析得到的质点峰值振动速度衰减速率更快;空洞的存在导致隧道混凝土喷层爆破振动危险区域增大,致使选择的喷射混凝土支护时机滞后、采用的最大单响药量偏低,从而降低了隧道开挖的施工效率、增加了工程成本。     

花岗岩地区地铁隧道爆破振动传播规律研究

青岛为典型花岗岩地区,地铁隧道开挖采用钻爆法。本文首先采用现场实测与统计分析的方法分析了青岛地铁3号线3个工点的隧道爆破监测数据,较为系统地研究了钻爆法施工条件下地表及邻近构筑物的最大振速、主频分布与爆破参数的相关关系,采用线性回归法拟合出包含上述因素的经验公式。采用数值模拟手段,模拟爆破条件下地表及临近建筑物的振动的响应,并将模拟结果与实测数据进行对比,研究主要结论如下:(1)最大振速随比例距离基本呈指数的形式衰减,随着比例距离的增加,最大振速值逐渐减小; (2)爆破引起的振动主频随比例距离分布较为随机,无法建立两者之间的数学模型,主频多在20～70Hz范围内; (3)建筑物内部中三矢量方向上的最大振速均随着楼层的增高呈一定的增加趋势,建筑物外部的地表振速要大于内部质点的速度。     

岭澳核电站二期工程基岩爆破安全阈值分析

核电站基础爆破开挖过程中必须严格控制岩体爆破损伤深度,确保建基面安全。以广东岭澳核电站二期工程基础爆破开挖为例,通过现场爆破振动监测、岩体声波试验以及数值模拟,综合分析了岩体爆炸振动衰减规律和损伤特征,研究了距爆源一定距离处岩体振动速度与损伤特征的关系,提出了岭澳核电站二期工程岩体爆炸损伤深度的控制方法,确定了相应的安全阈值。分析结果表明,岭澳核电站二期工程基础爆破开挖时,当距爆源30 m处的岩体质点振动速度不超过5 cm/s时,可保证下卧基岩的损伤深度小于2 m,确保建基岩完整性。     

Effect of Underground Mine Blast Vibrations on Overlaying Open Pit Slopes: A Case Study for Daye Iron Mine in China

Investigating the propagation and attenuation of blast vibration in rock slopes is the key point to assess the influence of underground mine blasting on overlaying open pit slopes stability and determining the potential risk. In this paper, Daye Iron Mine in China has been chosen as the case to study the effect of blast vibrations on overlaying open pit slopes due to underground mine blast. Firstly, the characteristics of blast loadings are analyzed by the dynamic finite element method. Then, a three dimensional (3D) numerical model of the open pit and the underground mine is made, which is verified by the field monitoring data to prove its reliability. The effect of blast vibration on overlaying open pit slope due to underground mine blasting are discussed based on the peak particle velocity (PPV) and the peak effective tensile stress (PETS) distribution characteristics which are calculated and analyzed by inputting the obtained blast vibration data into the numerical model. The results show that the effect of present mining blasting on the stability of pit slopes are limited because the simulated maximum PPV and PETS of monitoring point on slopes are all < 0.747 cm/s and 0.738 MPa. At last, according to numerical simulations of the underground mine blasting, the PPV predicting formulas for the slopes in Daye Open Pit Iron Mine is proposed based on the classic Sadaovsk formula.     

非线性回归法求解爆破振动速度衰减公式参数

准确分析场地爆破振动衰减规律是爆破工程设计的基本依据。通过考察爆破振动速度衰减公式中参数的线性回归方法和非线性回归方法,提出了线性残差平方和与非线性（亦即标准残差平方和）的概念,给出了求解衰减公式参数的非线性回归法,并详述了该方法的实现过程。结合工程实例,以标准残差平方和作为爆破振动实测数据与衰减公式拟合值偏差大小的判断依据,分析了线性和非线性回归分析方法得到的萨道夫斯基公式和其修正公式的标准残差平方和。分析结果表明,非线性回归分析方法的准确度明显高于线性回归分析方法;分别采用线性回归和非线性回归方法得到的萨道夫斯基公式和其修正公式的标准残差平方和非常接近,因此,采用两种形式的公式拟合爆破振动衰减规律都是可行的。     

不耦合装药下爆炸应力波传播规律的试验研究

通过室外爆破试验,利用预埋研制的PVDF压力传感器对耦合及水不耦合延长药包装药爆破时爆炸应力波的中远场压力进行测量,拟合实测结果,得到4种不耦合系数下爆炸应力波峰值随传播距离衰减的指数关系式。分析试验结果可知： ①在试验所涉及的范围内,不耦合装药时爆破应力波峰值衰减幅度小于耦合装药（即K =1）时爆破应力波峰值衰减幅度,验证了水介质作为炸药爆轰产物与岩体间的弹性缓冲层作用,减少了粉碎孔壁岩体造成的能量耗散,增加了能量传递,加大了爆炸的作用范围;②当不耦合系数K = 3.29时,应力波峰值衰减指数表现出大于K =1.79及大于K =2.57时应力波峰值衰减指数的趋势,表明过大的不耦合系数造成了不耦合介质--水过多的能量耗散（在高温高压下水并不完全是弹性的）,削弱了不耦合装药爆破的优势;③在不耦合装药爆破中,存在最佳的不耦合系数,此时爆炸应力波峰值衰减最慢,爆炸能得到充分利用,达到最优的爆破效果。研究结果对不耦合装药爆破的设计及工程应用有一定的指导意义。     

Artificial neural network or empirical criteria? A comparative approach in evaluating maximum charge per delay in surface mining — Sungun copper mine

Ground vibration due to blasting causes damages in the existence of the surface structures nearby the mine. The study of vibration control plays an important role in minimizing environmental effects of blasting in mines. Ground vibration regulations primarily rely on the peak particle velocity (PPV, mm/s). Prediction of maximum charge weight per delay (Q, kg) by distance from blasting face up to vibration monitoring point as well as allowable PPV was proposed in order to perform under control blasting and therefore avoiding damages on structures nearby the mine. Various empirical predictor equations have proposed to determine the PPV and maximum charge per delay. Maximum charge per delay is calculated by using PPV predictors indirectly or Q predictor directly. This paper presents the results of ground vibration measurement induced by bench blasting in Sungun copper mine in Iran. The scope of this study is to evaluate the capability of two different methods in order to predict maximum charge per delay. A comparison between two ways of investigations including empirical equations and artificial neural network (ANN) are presented. It has been shown that the applicability of ANN method is more promising than any under study empirical equations.     

覆盖型岩溶塌陷的塌陷机制分析

以覆盖型岩溶塌陷为研究对象,首先分析了覆盖型岩溶塌陷的演化机制,然后考虑土体自重、真空负压、降雨和爆破等因素的共同作用,并基于极限平衡理论建立了覆盖型岩溶塌陷土体稳定系数及塌陷范围的计算方法,以重庆市南岸区涂山湖二外桥梁左侧塌陷为例,发现计算出的塌陷范围与现场塌陷范围基本一致,并分析出该处土体在爆破、真空负压、自重和渗透等因素作用下的稳定系数和塌陷范围变化规律为:稳定系数在土层厚度增加时可增大46%,而当水深从0.1 m增加到1 m和真空负压由0 kPa增大到50 kPa时,可降低30%～35%。最后考虑爆破的时效性,探讨了土柱稳定系数随着爆破振动的变化规律,在考虑爆破荷载作用后,土柱稳定系数将降低4%,爆破对土柱的作用时间约为6 s。      

Propagation Characteristics of Blasting Stress Waves in Layered and Jointed Rock Caverns

The existence of joint fissures makes explosive actions between rock masses more complex. Therefore, it is of great significance to carry out experiments studying blasting stress waves propagating in jointed rock masses. Based on the Froude Similarity principle, the geological mechanical models of intact rock masses and jointed rocks have been proposed. A blasting vibration experiment was carried out and demonstrated that the propagation of the blasting stress waves and changing structures have an important relationship. A numerical simulation of the blasting stress wave propagation law in a layered jointed rock mass was carried out. This study found that with an increase in the joint angle, the peak velocity of blasting stress wave, transmission coefficient and reflection coefficient all gradually increased, while the attenuation coefficient gradually decreased. With an increase in joint spacing, the attenuation rate of the blasting stress waves increased.     

Prediction of ground vibrations resulting from the blasting operations in an open-pit mine by adaptive neuro-fuzzy inference system

The aim of this study is to predict the peak particle velocity (PPV) values from both presently constructed simple regression model and fuzzy-based model. For this purpose, vibrations induced by bench blasting operations were measured in an open-pit mine operated by the most important magnesite producing company (MAS) in Turkey. After gathering the ordered pairs of distance and PPV values, the site-specific parameters were determined using traditional regression method. Also, an attempt has been made to investigate the applicability of a relatively new soft computing method called as the adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to predict PPV. To achieve this objective, data obtained from the blasting measurements were evaluated by constructing an ANFIS-based prediction model. The distance from the blasting site to the monitoring stations and the charge weight per delay were selected as the input parameters of the constructed model, the output parameter being the PPV. Valid for the site, the PPV prediction capability of the constructed ANFIS-based model has proved to be successful in terms of statistical performance indices such as variance account for (VAF), root mean square error (RMSE), standard error of estimation, and correlation between predicted and measured PPV values. Also, using these statistical performance indices, a prediction performance comparison has been made between the presently constructed ANFIS-based model and the classical regression-based prediction method, which has been widely used in the literature. Although the prediction performance of the regression-based model was high, the comparison has indicated that the proposed ANFIS-based model exhibited better prediction performance than the classical regression-based model.     

湖南张家界溹水河谷与流域形态特征及其地貌意义

利用数字高程模型(DEM)数据、地形图、地质图数据结合实地踏勘,分析并计算了张家界地貌主要分布区溹水流域河谷形态特征和侵蚀积分值(HI),探讨了流域地貌侵蚀发育阶段特征。研究发现:溹水干流比降沿程基本上逐渐减小,纵剖面呈上凹形,凹度值约为0.70;主要支流比降明显大于干流,凹度值介于0.12～0.98;溹水干流河谷宽度和宽深比沿程向下表现出上升趋势、深度表现出下降趋势;溹水河谷横剖面凹度值上游较低,中游较高,近河口又降低,平均值约为0.63,都大于0.5;上中游主要支流河谷相对窄深,下游支流河谷相对宽浅;支流河谷横剖面的凹度值变化范围较大,平均值大于0.50。说明这一地区在地壳迅速抬升之间有较长时间地壳相对稳定,横向侵蚀形成一定宽度的河漫滩,河谷为U型谷,地貌发育处于壮年期或壮年期的中晚期。河谷侧蚀,河谷凹度值大于0.5,是张家界地貌独立峰柱得以形成的重要条件;溹水流域上游下段和中游HI值较高,下游HI值较低,最高值出现在天子山周围;没有发现地势和基岩特性对溹水流域HI值分布存在显著影响;张家界砂岩峰林地貌发育地区集中于溹水上游下段和中游上段的泥盆系砂岩分布区,这一地区HI平均值为0.46,处于地貌侵蚀旋回的壮年期。