资源描述
,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,6.5.1 地震荷载作用下岩石高边坡和地下洞室的动力稳定性分析方法,主要方法;,拟静力法、振型叠加法、动力有限元法,振型迭加法适用于线弹性场域方面的动力问题；难应用于体系自由度数目很多或被激起有贡献的振型阶数很多(如上述的冲击振动)以及对非线性动力问题等,本节重点介绍动力有限元法,6.5 岩石高边坡和地下洞室的动力效应,动力平衡方程为：,不计入c项时即为无阻尼的动力平衡方程。,用有限无法求解动力问题时，除了与静力问题一样先需在空间域内对连续体系作离散外，还需要进一步在,时间域内进行离散以实现按时间步长作数值积分,在动力问题中，就某一因时t1，单元结点的位移与单元内各点的位移的关系可表示为,形函数N仅与空间坐标有关，而与时间无关,对时间维作离散反映在以某一微小段时间(时步单元dt)内给定的起始和终止时刻的位移量(或速度、加速度),岩石介质阻尼的选取,假设阻尼矩阵与质量矩阵成正比（假定阻尼力与质点运动速度成正比）,假设阻尼短脖与刚度矩阵成正比（假定阻尼力与应变速率成正比）,瑞利阻尼：阻尼矩阵与质量矩阵及刚度矩阵有关，是质量矩阵和刚度矩阵的线性组合,瑞利阻尼 的系数可由体系的两个振型(相应的自振频率为wj及wj)的阻尼比LJ及AJ决定：,透射边界条件的处理,可以沿在底部边界安置粘性元件作为人为的阻尼边界，此时只规定等价阻尼力而不规定位移,沿垂直和水平两个方向的粘性阻尼分布力可写为,6.5.2 岩体开挖中的爆破损伤,完成岩体破碎的同时,不可避免对保留岩体产生损伤,在保留岩体表层出现爆破损伤影响区,该区内表现为岩性参数的劣化：原有裂隙的张开与扩展，新裂隙的产生，岩体强度及声波速度的降低，渗透系数的增大等,岩体爆破开挖过程中，保护保留岩体的力学特性不受或少受影响，是开挖质量控制的核心,（1）爆破损伤安全判据,事后工程检测判据,岩体力学参数的爆前爆后对比检测(声波,弹性模量,透水率),直接判断:钻孔电视,爆破震动质点峰值震动安全判据,质点峰值震动速度安全判据,研究表明：岩石爆破损伤与岩体中的质点峰值震动速度密切相关,理论基础：一维应力波理论,=,t,/E,PPV=c,t,PPV=质点峰值震动速度；c=岩体的纵波速度,t,=抗拉强度；E=弹性模量,建议的质点峰值震动速度安全判据,岩石爆破损伤的质点峰值震动速度临界值,(Bauer 和Calder,6,),质点峰值震动速度(cm/s),岩体损伤效果,254,完整岩石不会致裂,发生轻微的拉伸层裂,严重的拉伸裂缝及一些径向,裂缝产生,岩体完全破碎,表2 岩石爆破损伤的质点峰值震动速度临界值,(Mojitabai和Beatti),岩石类型 单轴压缩 RQD(%),强度(Mpa),质点峰值震动速度(cm/s),微损伤区 中等损伤区 严重损伤区,软片麻岩,14,-30,20,13-15.5,15.5-35.5,35.5,硬,片麻岩,49,50,23-35,35-60,60,Shultze 花岗岩,30-55,40,31-47,47-170,170,斑晶花岗岩,30-85,40,44-77.5,775-1240,1240,表3 岩,石,石爆破损,伤,伤的质点,峰,峰值震动,速,速度临界,值,值,（Savely）,岩体损伤表现 损伤程度 质点峰值震动速度(cm/s),斑岩 页岩 石英质中长岩,1 台阶面松动岩块的偶而掉落 没有损伤 127 51 635,2 台阶面松动岩块的部分掉落（若未 可能有损伤,爆破该松动岩块可保持原有状态）但可接收 381 254 1270,3 部分台阶面松动、崩落，台阶 较轻的爆破损伤 635 381 1905,面上产生一些裂缝,4 台阶底部的后冲向破坏、顶部岩体,的破裂，台阶面严重破碎，台阶面上 爆破损伤 635 381 1905,可见裂缝的大范围延伸，台阶坡脚爆,破漏斗的产生等。,*,斑岩：为,坚,坚硬、脆,性,性及严重,裂,裂隙岩体,；,；,爆破损伤,控,控制工程,措,措施,基于爆破,损,损伤控制,的,的开挖程,序,序的优化,轮廓爆破,方,方式的优,选,选,开挖轮廓,预,预裂爆破,和,和光面爆,破,破的优选,预裂爆破:I1-I7-I6.I3-I2;光,面,面爆破:I7-I6.I3-I2-I1,预裂爆破,光面爆破,预裂爆破,预,预裂本,身,身对围岩,产,产生的损,伤,伤较光爆,大,大；可屏,蔽,蔽主开挖,区,区的爆破,对,对围岩的,损,损伤.,光面爆破,本,本身引,起,起的损伤,小,小;不,能,能屏蔽主,开,开挖区的,爆,爆破对围,岩,岩的损伤.,问题:,有,有,没,没有两者,的,的完美结,合,合?,有侧向临,空,空面的预,裂,裂爆破技,术,术,起爆顺序:I7-I6-I5-I1-I4-I3-I2预裂爆破:I1-I7-I6.I3-I2;光,面,面爆破:I7-I6.I3-I2-I1,上述技术,在,在临时船,闸,闸和升船,机,机中隔墩,爆,爆破开挖,过,过程首先,得,得到成功,运,运用；,永久船闸,二,二期岩体,开,开挖过程,中,中也得到,广,广泛运用,。,。,临时船闸,和,和升船机,中,中隔墩爆,破,破开挖,按原设计,，,，当临时,船,船闸与升,船,船机部位,开,开挖至88m后，,首,首先在临,时,时船闸与,升,升船机中,隔,隔墩两侧,进,进行预列,爆,爆破，而,后,后中隔墩,两,两侧的船,闸,闸与升船,机,机深槽将,自,自下游往,上,上游方向,大,大致平行,地,地分层向,下,下开挖。,但当时因,受,受升船机,缓,缓建方案,的,的干扰，,在,在升船机,侧,侧入槽前,，,，临时船,闸,闸侧深槽,已,已先行开,挖,挖，并形,成,成了深度,近,近20m,的,的深槽，,如,如下图所,示,示。,出现的问,题,题,在升船机,的,的深槽的,下,下游入槽,段,段开挖过,程,程,开挖,仍,仍按原设,计,计的程序,进,进行，即,先,先预裂,在,在开挖。,此时发现,在,在这种临,时,时船闸侧,已,已形成临,空,空面的条,件,件下，中,隔,隔墩在升,船,船机侧的,直,直立边墙,进,进行预裂,爆,爆破过程,中,中，在临,时,时船闸侧,的,的中隔墩,顶,顶部发生,局,局部坍塌,现,现象，并,且,且有将整,个,个中隔墩,往,往临时船,闸,闸深槽方,向,向侧向推,出,出的趋势,。,。,为了防止,上,上述不利,情,情况的发,生,生，经现,场,场爆破开,挖,挖试验研,究,究，及时,调,调整了爆,破,破开挖程,序,序及爆破,方,方案：,首先在升,船,船机深槽,左,左侧进行,抽,抽槽爆波,以,以形成一,临,临空面；,而后逐步,往,往中隔墩,方,方向扩挖,，,，当扩挖,至,至所乘岩,体,体的厚度,为,为8-10m时，,也,也即达到,中,中隔墩厚,度,度的1/3左右时,，,，再在中,隔,隔墩直立,边,边墙部位,进,进行预裂,爆,爆破；,最后，再,用,用常规的,梯,梯段爆破,技,技术将所,剩,剩岩体爆,除,除。,这种爆破,开,开挖程序,的,的改变，,实,实质上是,将,将升船机,侧,侧原在半,无,无限介质,条,条件下的,预,预裂爆破,方,方式变为,有,有侧向临,空,空面的预,裂,裂爆破方,式,式。,并且由于,升,升船机侧,预,预裂爆破,时,时，其升,船,船机侧未,爆,爆岩体厚,度,度仅为中,隔,隔墩厚度,的,的1/3,，,，从而保,证,证了爆炸,能,能量向升,船,船机侧岩,体,体集中，,进,进而保证,了,了中隔墩,岩,岩体的稳,定,定性。,6.5.3 岩石,高,高边坡的,爆,爆破动力,稳,稳定性,施工期荷,载,载组合可,能,能成为多,数,数潜在滑,体,体最不利,的,的荷载组,合,合,支护的施,加,加有一个,过,过程；,施工期强,降,降雨等的,影,影响；,排水条件,；,；,考虑爆破,震,震动荷载,后,后的组合,作,作用,爆源在潜,在,在滑体上,部,部：,支护未施,加,加,爆源在潜,在,在滑体下,部,部：,计入锚固,力,力,爆源在潜,在,在滑体外,，,，爆破振,动,动可能,引起滑体,的,的动力失,稳,稳,爆源在潜,在,在滑体内,，,，爆破力,为,为内力，,不会出现,爆,爆破动力,失,失稳问题,6.5.4 瞬,态,态卸荷引,起,起的岩体,松,松动,(a),存,存在两组,正,正交节理,(b),存,存在顺坡,节,节理面,(c),存,存在反坡,节,节理面,准静态卸,载,载条件,直立坡面BD处水,平,平位移：,结构面AC处：0,在准静态,卸,卸载条件,下,下，对岩,体,体结构面,AC,而言，不会因开,挖,挖卸载而,发,发生结构,面,面的拉开,现,现象，也,即,即不会出,现,现岩体的,松,松动。,瞬态卸载,过,过程,假设在初,始,始时刻时,，,，瞬间释,放,放水平向,初,初始地应,力,力至0,岩块的最,终,终水平向,刚,刚体位移,可,可直接由,能,能量守恒,方,方程确定,不同卸载,条,条件下岩,体,体变形比,较,较,初始应力,h,/MPa,结构面,AC,的,张开位移/mm,直立坡面,BD,的,水平位移/mm,准静态卸载,瞬态卸载,准静态卸载,瞬态卸载,1.0,0.0,0.39,0.13,0.54,2.0,0.0,1.70,0.28,2.00,4.0,0.0,7.11,0.58,7.71,8.0,0.0,29.03,1.18,30.23,16.0,0.0,117.31,2.38,119.72,32.0,0.0,471.67,4.78,476.47,动态卸载,条,条件下，岩块除有,弹,弹性回复,位,位移产生,，,，还会发,生,生水平向,的,的刚体位,移,移，导致,岩,岩体结构,面,面被拉开,，,，岩体产,生,生水平向,松,松动现象,结论：,岩体初始,应,应力场的,瞬,瞬态卸载,理,理论能较,好,好解释不,同,同 结构,面,面条件下,岩,岩体开挖,过,过程的动,态,态松动机,理,理。,6.5.5 动,态,态卸荷诱,发,发围岩振,动,动工程实,例,例,瀑布沟水,电,电站地下,厂,厂房洞室,群,群,设置了平,行,行布置的6条引水,隧,隧洞和2,条,条尾水隧,洞,洞,引水洞为,圆,圆型断面,，,，洞径10.7m,尾水洞则,为,为城门洞,型,型，断面,尺,尺寸为20.024.2m,围岩为波,速,速4 500 m/s以上,的,的花岗岩,(a),邻,邻近的尾,水,水洞,图8 震,动,动监测测,点,点的布置,(b),邻,邻近的引,水,水洞,(a),邻,邻近的尾,水,水洞,岩体初始,应,应力的线,性,性瞬态卸,荷,荷过程,爆破震动,和,和开挖瞬,态,态卸荷,诱发振动,的,的对比,爆破荷载,(a)6,#,测点实测,震,震动曲线,(b)5,#,测点实测,震,震动曲线,BL爆,破,破震动；IN瞬,态,态卸荷诱,发,发震动；MS1MS15,雷管段,别,别,图10,尾,尾水洞,内,内的实测,围,围岩震动,时,时程曲线,将爆炸荷,载,载和地应,力,力动态卸,载,载所产生,的,的P波、S波都看,作,作振动信,号,号的激励,源,源，在它,们,们发生的,瞬,瞬间都将,引,引起信号,的,的突变，,使,使信号产,生,生奇异；,可利用小,波,波变换刻,画,画信号局,部,部特征的,能,能力来区,分,分不同荷,载,载作用诱,发,发的振动,实测,振,振动,波,波形,中,中不,同,同性,质,质波,形,形到,达,达的,时,时间,差,差,测点部位,测点号,爆心距(m),剪切波滞后理论,时间差(ms),实测时间差(ms),t,s,-t,p,t,1,t,2,t,2,-t,1,引水隧洞,6#,23,3.5,4.0,717,728,11,尾水隧洞,6#,65,9.9,11.2,460,490,30,图11,引,引水,洞,洞内,的,的实,测,测围,岩,岩震,动,动时,程,程曲,线,线,图9,上,上导,洞,洞开,挖,挖爆,破,破设,计,计,实测,爆,爆破,震,震动,和,和开,挖,挖荷,载,载瞬,态,态卸,荷,荷诱,发,发震,动,动的,对,对比,区域,炮孔类型,雷管段别,爆炸荷载(BL)/MPa,开挖荷载(IS
展开阅读全文