基于尖点突变理论和爆破累积损伤模型的岩溶基坑防突厚度研究

摘要

循环爆破动荷载作用下,针对岩溶基坑侧壁涌突水的安全隐患,需确定合理的防突厚度。首先,根据基坑侧壁涌突水的力学特征,建立防突层失稳破坏的圆锥台力学模型,采用尖点突变理论及能量判别方法,得到防突层势函数及分叉点集方程,推导岩溶基坑防突厚度的表达式。然后,在爆破开挖中,从岩体疲劳损伤的角度引入爆破累积损伤模型,并得到循环爆破的累积损伤值,同时对防突层的弹性模量进行修正,形成考虑循环爆破次数的岩溶基坑防突厚度的计算方法。最后,以大连地铁5号线梭鱼湾南站为工程依托,对其防突厚度进行计算,并对主要影响因素进行参数敏感性分析,提出具体的防涌突施工措施。研究结果表明:引入爆破累积疲劳损伤变量,得到了不同爆破次数下岩溶基坑的防突厚度,其随着岩层弹性模量E、泊松比μ、压力扩散角θ、钢支撑轴力F1的减小而增大,而与岩溶水压力F3、岩溶区半径R2、爆破次数n呈现正相关的变化趋势;在各影响因素的敏感性分析中,岩溶区半径R2和岩溶水压力F3对防突厚度的影响最为显著,敏感性因子分别为0.869,0.722。该方法及结论对于岩溶区爆破开挖下岩质基坑的设计与安全施工有较好的借鉴价值。