电子起爆条件下岩质高边坡爆破振动频谱响应特性及调控机理

How to effectively control the influence of blasting vibration on dynamic stability of slopes is one of the key problems during the excavation of high slopes in the hydropower projects of southwest China. In this research, the characteristics and control mechanisms of vibration spectral responses of high slopes in the large hydropower projects induced by blasting with electronic detonators are studied with the methods of theoretical analysis, numerical simulation and field test. Through analyzing the characteristics of blast loads with the application of the electronic detonators, an equivalent simulation method of blast loads is put forward. And then the characteristics of the vibration spectral responses induced by blasting of high slopes using the electronic detonators are studied and the evolution law of blasting vibration amplitude and frequency with time and space on high slopes using the electronic detonators is revealed. A prediction model of blasting vibration spectra of high slopes based on the equivalent simulation of blast loads is built and the safety criteria of blasting vibrations of the high slopes considering the spectral effects are raised. And then a method of regulation and control of blasting vibration spectral responses using the electronic detonators is proposed. The results of this research provides theoretical foundation for the dynamic responses and stability control of high slopes under blasting vibrations, and has wide engineering application prospects for the excavation of high slopes in hydropower projects, mining projects and traffic projects.

如何有效控制爆破振动对边坡动力稳定性的影响，是我国西南水利水电工程高边坡开挖过程中的关键问题之一。本项目以爆破振动作用下大型水利水电工程坝肩高边坡的动力响应为研究对象，采用理论分析、数值模拟与现场试验相结合的研究方法，对电子起爆条件下岩质高边坡爆破振动频谱响应特性及调控机理进行研究。通过分析电子起爆条件下爆破开挖的荷载特征，提出电子起爆条件下爆炸荷载施加的等效模拟方法；研究电子起爆条件下岩质高边坡爆破振动频谱响应特性，揭示电子起爆条件下高边坡爆破振动幅值、频率随时间及空间的演化规律；建立基于爆炸荷载等效模拟的高边坡爆破振动频谱预测预报模型，提出考虑频率影响的高边坡爆破振动安全判据，在此基础上建立电子起爆条件下高边坡爆破振动频谱响应调控方法。研究成果可为爆破振动作用下高边坡动力响应和稳定控制提供理论依据，在水利水电工程、矿山工程、交通工程等领域的高边坡开挖中具有广泛的工程应用前景。

中国西南峡谷地区水电工程建设中需要进行大规模、高强度的高陡边坡爆破开挖，爆破振动对于这些高陡边坡的动力稳定性影响问题越来越突出，传统的爆破振动预测及控制手段已难以达到满意的效果。电子雷管具有延时时间精准、时间设置灵活、安全可靠等特点，将之应用于高边坡爆破开挖中，可以实现爆破振动的精确控制。本课题通过研究电子起爆条件下高边坡爆破振动的幅频响应特性，建立了高边坡爆破振动全历程响应预测模型，并在此基础上，提出了电子起爆条件下高边坡爆破振动主动控制方法。.首先，通过理论分析推导了不同爆源条件下爆破振动的频域解，并研究了爆破振动频谱特性的影响因素。采用理论方法和动力有限元数值方法，分析了高边坡开挖条件下爆破振动质点峰值速度及振动频率的衰减规律。结合爆破振动叠加模型及蒙特卡罗分析方法，建立了基于实测振动子波及基于动力有限元分析的高边坡毫秒爆破振动全历程响应预测模型，并在此基础上，分析了电子起爆条件下毫秒爆破振动的响应特性。分析表明，爆破振动频谱特性取决于爆源参数及岩体介质参数。延时时间对毫秒爆破振动频谱具有较大的影响，即在电子起爆条件下，当起爆时差较大时，毫秒爆破振动的频谱呈现出一种规则的谱带现象。.其次，将质点峰值振动速度和结构振动因子作为高边坡爆破振动安全判据，结合爆破振动全历程预测方法及频谱控制法，提出了电子起爆条件下高边坡多目标爆破振动控制方案。采用多目标爆破振动控制方法对岩石高边坡开挖实例在电子起爆条件下的延时时间、间排距、炮孔数、装药量等爆破参数进行了优选。研究表明，不适宜采用过大或过小的起爆时差。当起爆时差过大或过小时，毫秒爆破振动主频较低，且在边坡自振频带范围内的能量比例较大。.本课题的研究，是精细爆破理论的发展与应用，为电子雷管及电子起爆系统的工程应用提供了参考，对复杂地质条件下岩石高边坡爆破开挖的设计、施工及安全控制等具有较大的理论意义和实用价值。