基于聚-消能和消能复合垫层结构的岩石坝基快速开挖成型爆破控制研究

摘要

水利水电工程的建设涉及大量的水平岩基的开挖，但是其开挖面临着开挖效率的提高和开挖质量控制之间的矛盾。现阶段，爆破开挖仍是水工建筑物岩石岩基开挖的主要手段，由于爆轰冲击波的动态作用和爆生气体的准静态作用，炮孔周边岩体会被破碎和抛掷;同时，这一过程会对岩基等保留结构岩体产生-定程度的动力扰动，形成开挖损伤区，损伤区内岩体的完整性以及物理参数均表现为不同程度的劣化。爆破开挖如果处理不当不仅影响工程施工总进度，还可能会严重影响工程的质量。因此，如何控制爆破开挖过程中的开挖损伤区的大小与分布一直是岩基爆破开挖研究的焦点之一。 本文主要研究内容如下: (1)提出用于竖直炮孔的聚-消能和消能复合垫层结构，并通过混凝土配合比试验研制出了制作聚-消能和消能结构的高波阻抗混凝土材料。 (2)利用应力波理论，分析了应力波在聚-消能和消能复合垫层结构的传播路径，从理论上验证了技术方案的可行性。 (3)通过三维动力有限元模拟，建立拉压损伤模型计算程序，计算聚-消能和消能复合垫层结构的损伤分布特征，论证了其用于水平岩基开挖的可行性。 (4)结合白鹤滩水电站的大坝岩石基础开挖工程，开展了生产性试验，根据试验的相关成果，进行聚-消能和消能复合垫层结构爆破的爆破损伤评价，研究表明:聚-消能和消能复合垫层结构保护下的水平岩基开挖方法能有效控制水平岩基开挖的超欠挖和爆破损伤深度，获得良好的岩基开挖效果，同时，该方法能够充分利用开挖工作面，可实现水平岩基的快速大规模开挖，提高生产效率。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究方法与技术路线

1.4.2 技术路线

2.1 波在边界上的反射与透射

2.2 快速开挖成型爆破结构

2.3 作用机理

2.3.1 聚-消能结构的作用机理

2.3.2 消能结构的作用机理

2.4 本章小结

3.1 三维动力有限元模拟

3.1.1 动力有限元理论基础

3.1.2 ANSYS/LS-DYNA程序

3.2 损伤模型

3.3 模型与参数

3.3.1聚-消能结构

3.3.2消能结构

3.3.3其他部分（炸药和空气）

3.4岩体损伤判据

3.5数值模拟结果分析

3.5.1聚-消能结构结果分析

3.5.2消能结构结果分析

3.6本章小结

4 .工程实例—白鹤滩水电站开挖爆破试验研究

4.1试验材料的制备

4.1.1 高波阻抗砂浆混凝土的研制

4.1.2 结构模具制作

4.1.3 聚-消能结构和消能结构试件制作

4.2 现场试验基本工序

4.2.1 试验场地

4.2.2 钻设爆破孔

4.2.3 铺设缓冲层

4.2.4 安放消能座

4.2.5 装药及起爆

4.2.6 爆破效果检测

4.3试验效果评价

4.3.1第一次试验

4.3.2第二次试验

4.3.3第三次试验

4.3.4第四次试验

4.3.5常规爆破

4.4试验结论

4.5本章小结

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录