含节理岩体对隧道爆破开挖的影响.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:基金项目:福建省自然科学基金项目()作者简介:黄才华()男重庆人高级工程师主要从事隧道工程研究方面的工作:.引文格式:黄才华.含节理岩体对隧道爆破开挖的影响.铁道建筑技术():.含节理岩体对隧道爆破开挖的影响黄才华(南昌中铁建建设发展有限公司 江西南昌)摘 要:本文以北武夷山高铁隧道为研究背景通过有限元软件建立准三维数值分析模型对隧道爆破掘进施工过程中含节理岩体的应力波及爆破振速衰减规律进行分析 研究结果表明:()节理的存在对隧道爆破施工岩体应力波传播规律和爆破振动速度有较大影响节理面前后应力波和爆破振动速度衰减幅值较大()应力波穿越节理面后产生的透射波远小于入射波反射
2、波对岩体有二次损伤作用导致迎爆面岩体较为破碎()实际工程中应对节理迎爆面一侧炮孔进行优化布置以提高破岩效率关键词:应力波传播 衰减速率 应力峰值 爆破振动 数值分析中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:().().().:引言自然条件下形成的岩体通常具有非均质性其内部通常存在较多的软弱结构面其中节理面的存在在隧道施工中较为常见 当岩体两侧存在节理面时若开挖隧道采用爆破方式节理面两侧的岩体通常受力较为复杂动荷载扰动下的节理面会发生相对滑动、张开以及闭合等不利于施工的力学行为 因此对于节理裂隙岩体较为发育的区域进行爆破作业时爆破效果的控制也变得愈发困难 可见研究爆破荷载作用下的节理裂隙力学响
3、应机理具有较好的工程应用前景 现阶段国内外学者 对于爆破荷载作用下的含节理岩体力学性能做了较多的分析并取得了丰硕的研究成果 陈士海等通过波动微分方程和分离变量法推导了高地应力作用下的地震波解析解并通过相似模型试验进行验证 李继业等设计了不同倾角以及不同数量下节理的爆炸振动试验研究结果表明在节理前后区域入射波和爆破振速分别呈现出爆破振动放大和衰减增强的现象 范占锋等 通过试验对地应力作用下的节理岩体应力波衰减规律研究发现透射系数随着地应力的增大而逐渐减小与节理条数无关而应力波在节理岩体中的有效波速随地应力的增加而增大 汪海波等通过/软件模拟了实际工程中掏槽爆破应力波的影响并基于数值模拟结果对炮孔
4、布置方案进行优化 钟权 研究了含节理岩体的爆破损伤演化过程研究结果对于控制隧道施工过程中的超欠挖具有重要指导意义现有文献大多数研究主要集中于节理面的应力波衰减规律和应力分布特征而对于爆破过程中围岩的损伤演化和节理面前后的爆破振动规律研究尚有不铁道建筑技术 ()黄才华:含节理岩体对隧道爆破开挖的影响足 本文以北武夷山隧道为工程背景在前人研究成果基础上通过 数值模拟软件对含节理岩体在爆破过程中的损伤演化和爆破振速变化规律进行研究 工程概况北武夷山隧道位于闽赣交界处全长.单洞双轨高铁隧道最大埋深可达 隧道断面如图 所示 隧址区岩性主要表现为花岗岩地勘资料显示其单轴抗压强度 隧道开挖工法根据不同围岩等
5、级确定对于二级围岩采用全断面法施工三级围岩采用台阶法施工四级围岩采用三台阶临时仰拱法施工 由于隧道属于特长隧道所贯穿区域不良地质现象频发主要表现为岩爆、高地温、落石、断层破碎带等其中 共有 条断裂构造()和若干密集节理在 的 附近隧道掘进区域有一条水平节理与隧道轴线几乎呈现出垂直相交节理宽度约为.该节理对隧道施工和稳定性产生了不利影响同时鉴于该节理面的典型性本文通过数值模型对其在隧道爆破施工中的影响进行分析图 隧道断面(单位:)数值建模与材料参数根据工程地质情况将节理与隧道中轴线简化为垂直相交建模考虑边界尺寸效应 由于掌子面相对于整体开挖方向的尺寸较小将模型考虑为准三维模型整体尺寸为 建模单位
6、制为节理与岩石采用自动面对面接触 由于本文重在研究节理岩体的力学响应建模时仅考虑单个炮孔作用炮孔直径为 围岩本构采用 本构岩石四周设置无反射边界模拟岩体的无限性 为方便后续分析以节理为分界点沿隧道轴线方向取 个监测点分别为、三点如图 所示 网格单元整体尺寸控制在.网格共计.万个设定计算时间为 采用流固耦合的建模方法该方法能有效地减少网格畸变求解结果更符合工程实际图 测点布置.模型在数值模拟中本构模型的正确选取对模拟结果的准确性有至关重要的影响 本构模型在充分考虑了弹性极限面、失效面以及损伤软化段方程等基础上将该模型分为弹性、线性强化以及损伤软化 个阶段 该模型由、和 于 年首次提出被广泛应用于
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