爆破开挖扰动下顺层边坡动力响应规律数值模拟研究

以宜昭高速公路工程取料场爆破开挖产生的岩石边坡为计算实例,结合通用有限元软件ABAQUS对爆破荷载作用下岩质边坡开挖时的振动响应进行三维数值模拟研究,利用爆炸等效荷载施加方法,结果得到了岩质边坡支护完成后,在爆破荷载作用下支护结构面上质点振动速度变化规律和应力特性。

爆破荷载作用下岩质边坡稳定性研究进展

爆破荷载是导致边坡失稳的重要外部因素。与土质边坡相比,由于节理面的存在,爆破荷载下岩质边坡稳定性研究更加复杂。综述节理对爆破应力波传播特性的影响规律以及爆破荷载作用下岩质边坡数值计算要点,并从岩质边坡自身特点、爆破应力波振动特性以及爆破荷载与其他外界因素耦合3方面详述岩质边坡动力稳定性研究现状,总结得出节理力学性质及分布,爆破应力波振动速度、频率及其衰减规律等因素是岩质边坡极其重要的稳定因素。最后,对爆破荷载作用下岩质边坡稳定性研究进行展望,为进一步深入研究奠定基础。

爆破载荷作用下高陡节理岩质边坡动态响应的3DEC模拟

运用三维离散元程序3DEC,对某露天矿高陡节理岩质边坡在自然状态下的静态响应和爆破载荷作用下的动态响应进行了模拟,分析了爆破载荷作用下边坡质点的振动速度以及位移和应力特征,并将计算结果与现场监测结果进行了比较。结果表明,两者吻合较好,用3DEC模拟爆破载荷作用下节理岩体边坡的动态响应是适合的。

复杂岩质边坡开挖爆破下的动力响应分析

本文建立了能够反映空间层状岩石的正交各向异性及主要地质构造的三维动力有限元分析模型，该模型能较好地反映复杂岩体的主要性状．按照工程中常用的ＣｏｕｌｍｏｂＭｏｈｒ准则及最大拉应变准则分析了岩坡的破坏性态，给出了破坏单元的时空分布及瞬时安全系数场．利用所研编的计算程序对含有结构软弱层的岩体进行了模拟计算，得出了一些有益的结论．

爆破振动对隧道洞口顺层岩质边坡稳定性影响研究

爆破振动会对隧道洞口顺层边坡的稳定产生不利影响,根据隧道洞口顺层边坡的特性建立相关假设,将顺层岩体层间作用用弹簧和阻尼约束来代替,建立顺层边坡振动激励下的动力响应模型。运用结构动力学分析计算在爆破振动激励下约束上产生的动反力,建立既考虑爆破振动动态特性又考虑边坡结构性质的顺层边坡稳定安全系数的计算方法。分析表明,边坡的刚度、阻尼、空间尺寸等本身的物理结构性质,以及爆破振动的强度、作用时间、频率等因素对边坡的动态稳定均有影响。对工程实例的计算表明,计算结果能反映出实际的边坡稳定状况,该方法可用于顺层边坡在爆破振动作用下的安全计算。

岩质边坡施工爆破振动加速度近似计算方法

在大量有限元计算成果的基础上，经过详尽的分析，归纳总结出岩质边坡爆破振动加速度的近似计算方法。该近似算法能较好地体现岩质边坡的动力响应特征，方法简便适用，对实际工程应用有一定的参考价值。

基于FLAC^(3D)的岩质边坡爆破动力响应规律研究

边坡的动力稳定一直以来都是岩土工程及地震工程重点研究的问题。利用FLAC^(3D)数值计算方法,对爆破作用下岩质边坡振动速度、位移、应力等进行模拟,并在与实测爆破振动峰值进行对比验证的基础上,分析边坡的动力响应规律。结果表明:地震波具有极强的方向性,主要朝施加荷载的正向传播;在边坡坡面和坡脚处因应力波在边坡自由面反射容易产生一定区域的振动加强场;应力的响应特征上,无论是拉应力还是压应力其最大值均出现在坡脚附近,在实际的边坡爆破开挖过程中,对边坡的坡面尤其是坡脚处应该加强保护措施。研究成果对岩质边坡开挖设计及施工具有一定的参考价值。

爆炸荷载下岩质边坡动力响应规律研究

为研究爆炸荷载作用下边坡岩体的动力响应变化规律,基于背景工程结合岩质边坡下部台阶爆破开挖进行现场振动监测,建立了岩质边坡动力响应数值计算模型,系统分析了边坡岩体质点峰值振速、应力场及位移场的变化和分布规律。结果显示:边坡坡顶处,质点峰值振速均随爆心距增大而衰减,且衰减速率随爆心距增加逐渐减小;边坡坡面上,相邻台阶上存在高程放大效应现象,局部放大系数达1.50;同一台阶外缘"鞭梢效应"显著,靠近爆源处台阶外缘质点峰值振速放大系数为1.46,"鞭梢效应"随高程增加逐渐减弱;台阶边坡坡脚处应力集中明显,坡形骤变对应力波动影响较大,受"鞭梢效应"影响,边坡台阶上质点峰值振速最大值与应力最大值出现位置无相关性。

爆破荷载下露天矿边坡动力放大效应试验研究

为研究爆破荷载下岩质边坡动力响应变化规律,以齐大山铁矿边坡为研究对象,建立三维反倾岩质边坡物理模型。采用加速度、速度传感器采集边坡各部位加速度、速度分布情况,分析了不同振幅下边坡岩体质点动力放大效应。研究结果表明:边坡模型对爆破加速度、速度具有趋表放大效应和高程放大效应,并且低振幅情况下,加速度和速度放大效应更明显。

冲击载荷作用下炮孔近区节理岩体的动力响应

为研究钻孔爆破冲击载荷在岩体节理面的传播机制,设定了两种不同节理形式的模型,并对节理面的应力分布、振动速度、位移分布进行了数值研究。研究结果表明,节理面厚度固定不变时,随着炮孔距节理面空间距离的增加,节理面动态响应明显减弱,而在空间距离固定的情况下,随节理面厚度的增加同样对该面的动力响应存在削弱效应。另外,节理面倾角小于45°时,随倾角增大,应力和振动合速度峰值逐步减弱,而倾角大于45°时,应力和振动合速度峰值又逐渐增强。且以45°倾角为界限,小于45°时应力峰值衰减率逐渐减小,大于45°时应力峰值衰减率逐渐增大,但振动合速度峰值衰减率却一直增大,尤其在倾角大于45°以后,增大程度明显变强。

硬质地层下近接隧道爆破振动影响分区及动力响应研究

为探究硬质岩地层下立体交叉隧道近接爆破施工对既有隧道的影响程度,依托福厦客专新大帽山1号隧道和既有新刘塘1号隧道,以基于国内爆破振动规范的“频率-振速”双判据作为分区标准,对新建隧道爆破振动影响分区及动力响应展开研究。首先,通过三轴试验和Hoek-Brown准则得到计算参数;其次,对不同工况下新建隧道爆破振动规律开展研究,得到爆破振动影响分区;最后建立三维有限元模型,探究新建隧道在既有隧道正下方爆破时既有隧道的动力响应规律。研究结果表明:(1)通过迎爆侧最大振速衰减曲线,分析得到依托工程的爆破振动影响分区,判断既有隧道处于弱影响区;(2)爆破对上下方向的影响范围大于左右方向,得到硬质岩地层单线铁路隧道的爆破振动影响总分区;(3)爆破对未开挖段上方既有隧道的影响范围大于已开挖段的影响范围,且由于介质反射,导致已开挖段上方既有隧道振速衰减较慢;(4)通过现场监测结果验证了数值模拟的正确性,且既有隧道结构变形及受力均满足影响控制要求。

露天矿岩质边坡爆破振动响应特征研究

为了客观反映岩质边坡体对爆破振动的响应程度,在反应谱理论的基础上,采用加速度反应谱及动力系数分析方法,对实际工程中采集到的爆破振动信号进行了分析。结果表明,边坡体内在阻尼比对爆破振动响应影响很大,试验场地条件下,边坡体在爆心距35-46m范围内对爆破振动具有多振型、多频带的响应特征,在爆心距47-57m范围内对爆破振动响应存在明显的放大效应,阻尼比为0.03时,响应增大1倍。

层状复合岩体边坡动力特性及地震响应特性的振动台试验研究

层状复合岩体边坡往往具有复杂的岩性组合及岩体结构特征。人们对这一类边坡在地震作用下的动力响应特性及滑坡灾害成因机制仍缺乏深入的认识。以2008年"5·12"汶川地震在层状复合岩体边坡内诱发的一处典型岩质滑坡为原型,以原始边坡的地形和地层结构为模拟内容,并采用滑坡区邻近地震台实测加速度波作为边坡底部激励,完成层状复合岩体边坡地震动力响应特性的小型振动台试验研究。基于传感器测得数据,分析模型边坡的固有频率特征和加速度响应特征,并比较水平向和竖直向响应之间的差异。与此同时,本文还着重分析模型边坡中碳质板岩薄弱层的加速度响应和位移响应特征,以观察其在层状复合岩体边坡响应中所起的作用。主要研究结果表明:(1)模型边坡在分别受到水平向和竖直向地震波激振时,将表现出不同的振动形态。2个方向上的固有频率都经历了三阶段变化过程,在这一过程中,固有频率呈现出总体下降的趋势,表明结构在不断恶化。(2)模型边坡竖直向加速度的高程放大效应弱于水平向加速度,但模型边坡对竖直向输入波的改造作用更明显。碳质板岩层对竖直向加速度表现出了明显的削弱作用。(3)碳质板岩层在激振强度增大时出现鼓胀变形。在开展破坏性试验阶段,碳质板岩层的水平位移峰值超过上部的千枚状板岩层。然而,在本试验条件下,这种岩层间的非协调变形并没有导致模型边坡最终沿着碳质板岩层发生破坏,这与现场观察到的原型滑坡实际滑移面位置有出入。尽管如此,该研究成果,尤其是其所揭示的水平向和竖直向响应差异以及岩层间的响应差异仍然可为层状复合岩体边坡的地震成灾机制解释提供一定参考。