• ISSN 0258-2724
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楔形分段掏槽爆破减振效应研究

邹新宽 张继春 潘强 王微

邹新宽, 张继春, 潘强, 王微. 楔形分段掏槽爆破减振效应研究[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(3): 450-458. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.004
引用本文: 邹新宽, 张继春, 潘强, 王微. 楔形分段掏槽爆破减振效应研究[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(3): 450-458. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.004
ZOU Xinkuan, ZHANG Jichun, PAN Qiang, WANG Wei. Vibration Reduction Effect of Stepped V-Cut Blasting[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(3): 450-458. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.004
Citation: ZOU Xinkuan, ZHANG Jichun, PAN Qiang, WANG Wei. Vibration Reduction Effect of Stepped V-Cut Blasting[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(3): 450-458. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.004

楔形分段掏槽爆破减振效应研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.004
详细信息
    作者简介:

    邹新宽(1985-), 男, 博士, 研究方向为岩土工程与爆破工程, E-mail:jouzou@foxmail.com

    通讯作者:

    张继春(1963-), 男, 教授, 博士, 博士生导师, 研究方向为岩石动力学、岩土爆破工程, E-mail:jczhang2004@126.com

  • 中图分类号: U45

Vibration Reduction Effect of Stepped V-Cut Blasting

  • 摘要: 为研究隧道楔形分段掏槽爆破方法的减振效率,基于岩体微差破岩理论,推导楔形分段掏槽爆破参数的确定方法,并运用LS-DYNA3D程序对楔形常规掏槽爆破和楔形分段掏槽爆破时爆破近区应力波传播过程及质点振动速度进行仿真计算分析,结合数值模拟结果和工程实际情况,开展楔形常规掏槽爆破和楔形分段掏槽爆破现场对比试验,结果表明:楔形分段掏槽爆破中炮孔底部有效应力峰值和压缩破坏深度分别约为楔形常规掏槽爆破的1.64倍和1.66倍,槽腔更易达到设计深度;模型中岩体顶面和背面平均减振效率分别达到11.53%和22.45%,但侧面平均减振率仅0.21%;楔形分段掏槽爆破方法可将掏槽爆破振动强度降低30%以上,且施工效率略有提高.

     

  • 图 1  楔形分段掏槽装药结构及爆破过程示意

    Figure 1.  Charging structure and blasting process of SV-cut blasting

    图 2  数值计算模型(单位:m)

    Figure 2.  FEM model (unit: m)

    图 3  岩体内部应力波传播过程

    Figure 3.  Propagation of stress wave in rock

    图 4  力及振速监测点布置(单位:cm)

    Figure 4.  Sketch of stress & vibration monitoring points (unit: cm)

    图 5  炮孔底部Von-Mises应力时程曲线

    Figure 5.  Von-Mises stress vs. Time curve at bottom

    图 6  典型合速度振动波形

    Figure 6.  Typical velocity waveform of Resultant-vibration velocity

    图 7  既有小净距隧道衬砌典型裂纹

    Figure 7.  Typical cracks in existing short-distance tunnel

    图 8  掘进爆破试验方案及振动测点布置(单位:cm)

    Figure 8.  Blasting experiment schemes and vibration monitoring point arrangement(unit: cm)

    图 9  典型实测爆破振速波形(水平径向)

    Figure 9.  Example of monitored transverse velocity curves

    表  1  岩体物理参数

    Table  1.   Physical parameters of rock

    参数 数值
    密度/(kg·m-3) 2 650
    弹性模量/GPa 37.4
    泊松比 0.25
    屈服强度/MPa 24.52
    切线模量/GPa 4.5
    硬化系数 1.0
    动态抗压强度/MPa 95.7
    动态抗拉强度/MPa 15
    应变率参数/(s-1) 2.63
    应变率参数/(s-1) 3.96
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    表  2  炮泥物理参数

    Table  2.   Physical parameters of stemming

    参数 数值
    密度/(kg·m-3) 1 850
    剪切模量/MPa 20
    泊松比 0.28
    摩擦角/rad 0.56
    黏聚力/MPa 0.18
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    表  3  炸药参数

    Table  3.   Input parameters of explosives

    密度/(kg·m-3) 爆速/(m·s-3) 爆压/GPa JWL状态方程参数
    A/GPa B/GPa R1 R2 E0/GPa
    1 100 4 000 4 214.4 0.182 4.15 0.95 4.19
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    表  4  岩体质点振动合速度峰值

    Table  4.   Peak resultant-velocity of rock particle

    m/s
    对象 侧面测点 顶面测点 背面测点
    A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 C5
    楔形常规掏槽 0.51 0.70 1.95 1.85 1.41 0.76 1.62 1.6 1.05 1.40 1.94 1.72 1.40 0.85
    楔形分段掏槽 0.48 0.71 0.68 1.29 1.42 0.74 1.43 1.46 1.04 0.95 1.96 1.39 0.94 0.52
    减振率/% 0.06 -0.01 0.65 0.30 -0.01 2.63 11.73 3.13 0.95 33.57 -1.03 19.19 32.86 38.82
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    表  5  现场爆破试验参数

    Table  5.   Blasting parameters of field blasting experiments

    炮孔名称 孔数/个 孔深/m 孔长/m 方案1:楔形常规掏槽爆破 方案2:楔形分段掏槽爆破
    单孔药量/kg 小计/kg 段别 单孔药量/kg 小计/kg 段别
    掏槽孔 8 2.4 2.78 1.8 14.4 1 1.4 11.2 外层1、内层3
    辅助掏槽孔 8 2.2 2.28 1.4 11.2 5 1.4 11.2 5
    掘进孔Ⅰ 10 2.2 2.28 1.2 12.0 7 1.2 12.0 7
    掘进孔Ⅱ 10 2.2 2.20 1.2 12.0 9 1.2 12.0 9
    掘进孔Ⅲ 12 2.2 2.20 1.2 14.4 11 1.2 14.4 11
    周边孔 33 2.2 2.20 0.5 16.5 13 0.5 16.5 13
    底孔 8 2.2 2.20 1.2 9.6 15 1.2 9.6 15
    合计 89 90.1 86.9
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    表  6  掏槽爆破振速峰值现场测试结果统计

    Table  6.   Statistical results of PPV induced by cut-blasting

    cm/s
    位置 楔形常规掏槽爆破 楔形分段掏槽爆破 平均减振率/%
    1 2 3 4 5 6
    竖向 3.36 2.69 3.12 1.19 1.06 1.14 63.03
    纵向 2.32 2.60 2.08 1.66 1.60 1.59 30.71
    径向 3.99 3.14 3.67 1.65 1.82 1.74 51.76
    矢量合 4.18 3.36 3.73 1.72 1.91 1.78 51.99
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  • 收稿日期:  2015-10-21
  • 刊出日期:  2018-06-01

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