频繁爆破作用下岩体累积损伤演化规律及振动效应研究

Framentation of rock mass and the protection of surrounding rock is a unity of opposites in rock engineering.To seek a method which can break target rock mass efficiently as well as control the extent of blasting damage and the vibration effect of the explosion has become a hot topic in the field of rock engineering.The most pressing issue is to find evolution laws of cumulative damage of rock mass and its vibration effect under the circumstance of frequent blasting load.On the basis of inspection at original space and supposition of damage evolution token, this porject focuses on this issue through theoretical analysis,numerical stimulation and experiments.Based on theory and tests,the relationship between the elastic modulus of rock mass and the explosive quantity,the scale distance and height,blasting times has been analyzed,Then evolution equation of cumulative damage of rock mass and a new model of blast-induced damage have been established.By means of mumerical stimulation and experiments,the new model has been established.Sadov's formula and the attenuation effect of rock damage to blast vibration being considered,a new predictor formula for peak particle vibration velocity of fractured rock mass has been set up,upon which security evaluation criteria have been created.The research results are of great significance in theoretical analysis,optimal design,safe production ,estimation of stability,supporting and maintenance of surrounding rocks in the field of rock engineering,such as mining,water conservancy and hydropower projects,road and railway construction.

岩体破碎和围岩保护是岩石工程对立统一的两个方面。高效破岩和控制爆破损伤及振动危害，是岩石工程领域关注的热点，特别是频繁爆破载荷作用下岩体累积损伤演化规律和振动效应，是当前亟待解决的基础问题。本课题基于现场原位测试，以弹性模量随爆破变化表征岩体损伤演化，采用理论分析、数值模拟和实验研究频繁爆破载荷作用下岩体累积损伤演化规律及振动效应。根据理论和实验研究，分析岩体弹性模量随药量、比例距离、比例高度和爆破次数之间的关系，建立岩体累积损伤演化方程和新的爆破损伤模型；采用新建爆破损伤模型，通过数值模拟并结合实验对所建模型进行验证；在萨道夫斯基公式基础上，考虑岩体损伤对爆破振动的衰减作用，建立损伤岩体质点峰值振动速度预测公式，据此建立损伤岩体爆破振动安全评价标准。研究结果对矿山开采，水利水电和公路铁路建设等岩石工程的理论研究、优化设计，安全生产、稳定性评价、围岩支护以用运营维护具有重要意义。

以频繁爆破作用下岩体累积损伤演化规律及振动效应为主题，通过理论分析、试验研究、对比论证和数值分析等手段，以岩体弹性模量作为岩体损伤基准参数，深入研究岩体弹性模量在爆破作用下的变化特征和岩体损伤累积演化规律，探索损伤岩体爆破振动特性和损伤对振动传播的衰减作用及其量化。研究表明：单段药量为288Kg的生产爆破规模条件下，距爆源超过41.5m，岩块未损伤；岩体产生损伤的有效爆点距离为130m，在有效爆点距离范围内，随着爆点距离增大，岩体损伤有减小的趋势，随距地表深度增大，岩体损伤有降低的趋势。随爆破次数增加，各次爆破后岩体损伤量总体上呈现下降的趋势，损伤累积表现为非线性增长规律；爆破损伤与炸药性能、岩石性质和场地条件相关，损伤值与比例距离呈0.25幂次方函数关系，综合系数与比例药量、比例高度呈线性关系，结合理论分析建立了岩体爆破累积损伤模型。在频繁生产爆破作用下，岩体波速的变化规律与以岩体弹性模量表达的损伤演化规律具有较好的一致性，证实了采用实测弹性模量研究岩体累积损伤演化规律的可靠性。数值模拟分析表明模型记录点振动速度变化规律与实测弹性模量的变化规律具有良好的一致性，模拟较好地反映了损伤岩体爆破振动特性，论证了所建岩体累积损伤模型的合理性。质点振动速度与爆点距离负相关，在有效爆点距离范围内，质点振动速度随生产爆破推进呈非线性下降规律，岩体损伤后对爆破振动的传播具有衰减作用。萨道夫斯基公式的参数a与岩体累积损伤具有4次多项式关系，参数K的自然对数与岩体累积损伤具有3次多项式关系，以此对参数K、a进行修正，建立考虑岩体损伤对振动传播衰减作用的质点振动速度预测方法。.研究成果丰富和发展了岩石损伤和爆破振动理论，对合理确定爆破损伤程度和范围，优化工程岩体稳定性评价和防制，改进爆破振动灾害控制措施和合理设计爆破参数等方面具有指导意义。