地下洞室群爆破开挖的振动效应特性研究

摘要

爆破开挖产生的地震效应不可避免的会对邻近既有洞室的造成一定影响，这一直是洞室群爆破开挖面临的一个重要难题，也一直是专家学者研究的重点。
　　本文以我国南方某铅锌矿爆破振动危害控制的课题研究为依托，在阅读大量国内外相关文献的基础之上，结合专家学者的最新研究成果，以现代爆破理论、动力学理论、岩石力学和信号分析与处理等为理论依据，用现场测试方法研究了矿体爆破开采地震效应对邻近洞室的影响规律;根据工程实际，建立现场模型，以Flac3D有限差分软件为工具，采用数值模拟方法获取各监测点振动数据，与现场实测数据进行对比，验证数值计算的精确性，在此基础上着重研究了洞室的爆破开挖对邻近既有平行洞室的振速、位移和应力的影响规律，为工程爆破开挖提供科学指导。本文主要研究成果如下:
　　(1)通过对现场5次爆破监测到的振动数据进行回归分析，得出该矿S5＃S硐室爆破开挖过程中岩体质点切向振动的振动强度衰减规律，并由此计算出最大段药量与最小爆距之间的关系。采用HHT方法对爆破振动信号各频率的能量大小进行分析，得出在50Hz以内的频率携带能量占据总能量的一半，300Hz以内的频率能量占比达到了98.9％，说明这五次爆破的振动频率均在300Hz以内。
　　(2)建立了现场洞室群的三维模型，根据经验公式和实际爆破参数得出多段微差爆破的三角形爆破冲击荷载模型，将数值计算结果与现场实测数据进行对比，两者相对误差在10％以内，极个别误差也不超过15％，现场实测合速度的振速回归曲线和数值模拟计算得出的合速度振速回归曲线的趋势一致性较好，尤其是在爆破远区，两曲线的近似度较高，说明本文建立的数值计算模型较合理。
　　(3)通过对所建模型进行动力分析，研究了邻近洞室与爆心对应的截面周围岩体的振动特性变化规律。结果表明，洞室迎爆侧周围岩体的振速、位移和应力变化均远大于背爆侧，邻近洞室的振速最大部位和位移最大部位均为迎爆侧直墙上部。在爆破振动效应的作用下邻近洞室直墙中部的拉应力集中程度进一步增大，加大了直墙中部发生拉伸破坏的危险性。同时动荷载作用也加大了拱脚和墙脚部位的剪应力集中程度，容易造成剪切破坏。综合振速、位移和应力变化特性分析可知，迎爆侧直墙中上部是受爆破影响最大的危险部位，因此在爆破时应加强对该部位的防护和监测。
　　本文研究成果可以有效监测并预报爆破开挖对邻近洞室结构的破坏程度，对安全施工、有效防护有着重要指导作用。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的提出及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 爆破地震效应特性研究现状

1．2．2 爆破振动信号分析技术的研究现状

1．2．3 爆破振动对邻近洞室影响的研究现状

1．3 本文研究的主要内容和技术路线

1．3．1 主要内容

1．3．2 技术路线

第二章 爆破破岩动力机理及地震扰动效应

2．1 岩石爆破破岩机理

2．2 爆破振动波的产生及作用范围

2．2．1 爆破振动波的类型

2．2．2 爆破应力波的作用范围

2．3 应力波入射对邻近洞室影响的作用机理

2．3．1 应力波垂直入射

3．2 应力波倾斜入射

2．4 爆破振动的安全判据

2．5 本章小结

第三章 洞室爆破振动信号的传播规律及频谱特性分析

3．1 工程概况

3．2．1 测试设备

3．2．2 振动测试试验方案

3．2．3 探头安装与数据采集

3．3 测试结果分析

3．3．1 洞室爆破振动速度传播规律分析

3．3．2 硐室爆破振动信号的能量特性分析

3．4 本章小结

第四章 洞室爆破掘进对邻近既有洞室影响的数值模拟分析

4．1 Flac3D动力计算步骤

4．1．1 动力边界条件的设置

4．1．2 动力荷载的输入

4．1．3 力学阻尼设置

4．2 模型建立及计算方案设计

4．2．1 模型的建立及参数设置

4．2．2 初始应力及边界条件设置

4．2．3 爆破荷载的确定

4．3 计算结果与实测数据对比分析

4．4 爆破振动对邻近既有洞室的影响分析

4．4．1 邻近洞室振速结果分析

4．4．2 邻近洞室位移结果分析

4．4．3 邻近洞室应力结果分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果清单