爆破开挖诱发近区振动频率特性及参数优化研究

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经济高效的爆破开挖手段不断创新并广泛应用于各类重要基础设施建设,爆炸产生的冲击荷载和振动在开挖岩体的同时还会导致围岩产生破裂、损伤等破坏效应。由于岩体振动响应的复杂性,应综合考虑振速、频率和能量三者来校核和控制围岩爆破损伤,亟需研究岩体爆破振动频率和能量的衰减变化规律。本文综合运用理论分析、现场实测与数值计算方法,对单段爆破激发集中区岩体振动频率、幅值与振动能量的分布规律开展了较为系统的研究,得到如下结果:
  (1)通过总结岩体爆破近区振动响应规律,阐述了岩体的破岩机理、振动频率和振动能量的传播衰减规律,分析了不同单段起爆炮孔布置诱发近中区岩体振动频率、幅值与振动能量的分布规律。
  (2)结合天池抽水蓄能电站现场爆破开挖实测数据,对现场实测爆破振动PPV和主频衰减变化进行了分析,并采用动力有限元软件模拟计算分析了单孔爆破模型爆心距10m范围内的围岩振动响应和频谱特性。
  (3)将实际工程抽象简化为单孔、两孔、三孔、四孔四种基本模型,基于动力有限元流固耦合算法,开展了炮孔近区岩体的振动响应数值仿真计算,研究了不同多孔爆破布孔方式和方位炮孔激发近中区应力波的叠加效应,得到了多孔爆破振速、频率和能量在爆破近区的衰减变化规律。
  (4)针对装药结构中不耦合系数变化引起的下岩体爆破振动响应变化规律,综合考虑振速、频率和能量得出最优孔间距孔网布置参数与影响关系,得出了最优装药不耦合系数。
  仅依靠振速或者仅结合振动主频来监测控制岩体振动响应不能充分体现爆破振动频率和能量对岩体造成的影响,应综合考虑振速、频率和能量三者来评判围岩的振动响应,从而控制岩体爆破保证围岩的稳定性。本研究相关结论为爆破开挖炮孔布设和孔网参数设计提供了理论依据,有望提高爆破施工的高效性和安全性。
  
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