南昌大学研究生创新专项资金项目申请表 - 图文(2)

岩体中的弹性波速随压力增大而增加迅速，增大的梯度在低应力下较高，在高应力下趋于一常数值。张志呈等[17]发现主地应力方向上实测的爆破振动值要远大于预测的爆破振动值的现象，并认为初始地应力场对爆破振动存在所谓的“波导效应”，可以增强其振动能量。任庆峰和宗琦[18]则认为受地应力场的影响，爆破时的质点振动速度随时间衰减更快。 地应力场的存在改变了爆破振动作用下地下洞室总体应力场的分布，从而也改变了爆破振动作用下地下洞室的破坏机理和破坏形态。Q. Liang等[19]通过现场爆破振动监测和数值模拟研究发现洞室顶拱的岩体破坏主要是由爆破产生的动应力引起，而在边墙底部则主要是由静态地应力引起。史秀志等[20]通过对高应力条件下爆破振动引起的岩体的破坏分析，得出了高应力条件下爆破振动对岩体的破坏作用更加明显的结论。李夕兵等[21]指出，承受高应力的岩体，随着所受初始静载应力的增大，外界的动力扰动对其影响就越明显；承受高静载应力的矿柱，较小的动力扰动可能会使其发生塑性破坏而导致深部开采时的“多米诺骨牌”效应。 目前国内外大多以质点峰值振动速度(PPV)作为地下洞室爆破振动安全控制指标。以往多采用采用一维应力波理论，根据岩体抗拉强度或极限拉伸应变推算临界振动速度[22-23]。对于深埋洞室爆破开挖，该方法因未考虑岩体的初始应力状态，可能带来过严的爆破振动限制或工程安全问题。针对地应力对岩体爆破振动破坏的影响，有学者开始尝试建立地应力影响下的爆破振动安全判据及控制标准。如朱瑞赓和李铮[24]提出以岩体动力强度和洞室围岩所受动静应力之和相平衡的条件确定爆破振动破坏的临界振速；李新平等[25]、朱俊等[26]采用FLAC3D数值模拟评价了静态地应力和爆破动荷载对洞室稳定性的影响，并结合岩体动态抗拉强度提出了相邻洞室围岩破坏的临界振速；X. Xia等[27]采用数值模拟、基于围岩损伤提出了相应的爆破振动速度控制标准；贾虎和徐颖[28]根据爆炸应力波衰减规律，将上覆岩体的应力作用计入在内，推导爆炸应力损伤范围计算公式及相应的临界振速。 需要指出的是，上述考虑地应力影响的爆破振动安全判据和安全阈值，仅考虑了静态的原岩应力或开挖后围岩应力重分布过程结束条件对振动传播特性和围岩损伤破坏过程的影响。爆破破岩岩体开裂过程分析、钻孔爆破高速摄影均表明，岩体爆破过程中，开挖面上的地应力在数毫秒内释放[29-30]，伴随爆破而发生的开挖面上岩体卸荷是一个瞬态过程，在围岩中产生的附加动应力诱发了围岩振动并影响到了岩体动态损伤破坏过程[31-35]。Toks? M N等[36]在研究地下核爆炸引起的地表振动时就发现，因爆炸导致的岩体应变能突然释放能够产生应力波并引起地表强烈振动，振动的大小取决于岩体性质和地应力水平，地应力水平越高、岩体越坚硬，应变能释放产生的振动越大，甚至可能超过爆炸本身产生的振动。卢文波等[37]着重考察了爆破过程中岩体开挖瞬态卸荷所激发的围岩振动，指出深埋洞室钻爆开挖产生的围岩振动是爆炸荷载振动和岩体开挖瞬态卸荷振动叠加而成，并认为高地应力条件下开挖瞬态卸荷引起的振动可超过爆破振动而成为围岩振动的主要影响因素；开挖面上地应力瞬态卸荷在最大主应力方向引起的振动速度最大，岩体地应力场对爆源中远区的振动影响较近区更为显著。范勇等[38]分析了地应力瞬态卸荷过程中围岩应变能、动能、径向应力做功3者之间的平衡机制，建立了基于开挖岩体应变能的瞬态卸荷诱发振动衰减公式。此外，国内外其他学者在研究岩爆、微震和分区破裂化现象等深部岩体开挖效应时也揭示了爆破开挖过程中岩体开挖瞬态卸荷的动力扰动效应[39-41]。如M. C. He等[39]研究发现，处于三轴加载状态下的岩体，快速卸载水平向应力则可导致岩爆发生，其规模与初始应力及卸荷速率有关，高应力和高卸荷速率条件下将导致瞬时岩爆。 大量的理论研究和工程实践已经表明，将质点峰值振动速度作为唯一的爆破振动安全判据有较大的局限性和不合理性，爆破振动对建(构)筑物的破坏效应须综合考虑质点峰值振动速度、振动频率和振动持续时间3个因素的影响。显然，对于地下洞室爆破开挖，爆炸荷载和岩体开挖瞬态卸荷激发的振动互相叠加，必然影响爆破振动的频谱构成[42]。可见，研究爆炸荷载与岩体开挖瞬态卸荷瞬态卸荷共同作用激发振动的传播特性和频谱构成是建立合理的深埋洞室爆破振动安全判据和控制标准的前提。 综上所述，由于爆炸荷载与岩体开挖卸荷相互作用过程的复杂性，目前对深埋地下洞室的爆破振动破坏机理、破坏模式等问题尚未完全认识清楚，也缺乏相应的爆破振动安全判据和控制标准。因此，迫切需要通过系统的研究，探明岩体开挖卸荷(包括重分布的静态地应力和开挖瞬态卸荷附加动应力)对爆破过程诱发围岩振动和围岩损伤破坏的影响机理，建立开挖卸荷影响下的爆破振动分析评价方法，为我国地下洞室的高效、安全爆破施工提供理论参考。 主要参考文献 [1] 冯夏庭, 张传庆, 陈炳瑞, 等. 岩爆孕育过程的动态调控[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(10): 1983-1997. [2] 朱维申, 李勇, 张磊, 等. 高地应力条件下洞群稳定性的地质力学模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(7): 1308-1314. [3] 魏进兵, 邓建辉, 王俤剀, 等. 锦屏一级水电站地下厂房围岩变形与破坏特征分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(6): 1198-1205. [4] 张勇, 肖平西, 丁秀丽, 等. 高地应力条件下地下厂房洞室群围岩的变形破坏特征及对策研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(2): 228-245. [5] Kutter H K, Fairhurst C. On the fracture process in blasting[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 1971, 8(3): 181-202. [6] Donze F V, Bouchez J, Magnier S A. Modeling fractures in rock blasting[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 1997, 34(8): 1153-1163. [7] Ma G W, An X M. Numerical simulation of blasting-induced rock fractures[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2008, 45(6): 966-975. [8] Aliabadian Z, Sharafisafa M, Mortazavi A. Investigation of the effect of in-situ stresses and loading rate on blasting induced fracture propagation[C]. In: 46th US Rock Mechanics / Geomechanics Symposium, Chicago, IL, United states, 2012, 4: 2697-2707. [9] Omer A. In situ stress inference from damage around blasted holes[J]. Geosystem Engineering, 2013, 16(1): 83-91. [10] Yilmaz O, Unlu T. Three dimensional numerical rock damage analysis under blasting load[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2013, 38: 266-278. [11] 白羽, 朱万成, 魏晨慧, 等. 不同地应力条件下双孔爆破的数值模拟[J]. 岩土力学, 2013, 34(增1)): 466-471. [12] 谢源. 高应力条件下岩石爆破裂纹扩展规律的模拟研究[J]. 湖南有色金属, 2002, 18(4): 1-3. [13] 戴俊, 钱七虎. 高地应力条件下的巷道崩落爆破参数[J]. 爆炸与冲击, 2007, 27(3): 272-277. [14] 付玉华, 李夕兵, 董陇军. 损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数研究[J]. 岩土力学, 2010, 31(5): 1420-1426. [15] 刘殿书, 谢夫海. 初始应力条件下爆破机理的动光弹实验研究[J]. 煤炭学报, 1999, 24(6): 611-614. [16] 范新, 王明洋, 施存程. 初始应力对应力波传播及块体运动规律影响研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2009, 28(增2): 3442-3446. [17] 张志呈, 肖正学, 胡健, 等. 岩体爆震传播时应力场的波导效应试验研究[J]. 化工矿物与加工, 2005, 34(7): 21-24. [18] 任庆峰, 宗琦. 受地应力影响岩石炮孔松动爆破应力场数值模拟研究[J]. 煤矿爆破, 2011, 3: 5-8. [19] Liang Q, Li J, Li D, et al. Effect of blast-induced vibration