爆破地震效应研究现状与展望

爆破地震效应研究现状与展望

1爆破试验研究炸药在岩体中爆炸。另一方面，它可以穿透开挖区域中的岩体，另一方面，它会对未开挖的岩体造成一定程度的破坏。因此，为了研究爆炸后保存部位岩体的稳定性，有必要深入研究爆炸负荷下保护岩体的松动程度。目前,对岩体松动圈范围的研究主要集中在地下洞室爆破开挖对岩石的损伤及松动范围方面,而对露天爆破开挖作用下未开挖部分的损伤及松动范围研究较少。地下洞室爆破属于无限介质中的药包爆破,水电站的露天爆破开挖则属于自由面条件下的药包爆破行为,两者的爆破作用机理不同。以张河湾抽水蓄能电站上库爆破开挖为例,通过围岩松动圈常用测试方法优缺点对比分析,提出了适合岩石边坡爆破松动圈测试的方法;以张河湾抽水蓄能电站上库为例,应用该测试方法得出了爆破荷载作用下该站岩质边坡松动圈的实际范围。2比较分析了滑动圈试验的技术目前,松动圈常用的方法有地质雷达探测法、声波法、多点位移计量测法等,但不同测试方法各有优缺点,分述如下。2.1反射波探测法雷达探测法是一种新型的非破损探测技术。该测试方法基本原理为:地质雷达发射探头向介质内发射高频短脉冲电磁波,当遇到岩石介质中的节理、裂隙、断裂等会引起电性变化,介质电性的变化引起部分信号发生反射,产生雷达反射波,反射波由探头接收、放大、数字化并存贮在计算机中,对采集的数据进行编辑、处理,可得到不同形式的地质雷达剖面,对该剖面进行解释,即可得到松动圈范围。该探测法优点为:适用于不同强度级别的围岩,不需钻孔,精度、效率、分辨率高,灵活方便,剖面直观,现场即可得到裂缝位置图,确定松动圈范围。缺点为:目前使用的地质雷达价格昂贵,测试方法复杂,且环境干扰因素多,故不适宜于岩体松动圈的测试。2.2弹性波探测方法声波法测试原理是基于声波在围岩中传播速度的变化。岩体和其他介质一样,当弹性波在岩体中传播时要发生几何和物理衰减,在岩体中不同力学性质的结构面上弹性波要发生折射、散射和热损耗等物理现象,使得弹性波能量不断衰减造成波速降低。可分为单孔测试和双孔测试法,其测试示意图见图1、图2。该探测法优点为:适用于中硬以上的岩层松动圈测试;缺点为该方法需要钻孔,对强度低的岩体,钻孔成型难,另外需用水作为探头与岩石间的耦合媒介。当围岩比较破碎,破裂岩体波速与水的波速差别不大,不能明显判断松动圈范围。2.3滑动圈边界测量方法在爆破荷载作用下,松动圈内岩石产生裂缝并扩展,导致松动圈范围内岩石变形较松动圈外要大。该测试方法通过在钻孔中不同深度安设位移测点,观测岩体内的位移变化趋势,变形速度及变形量突然增大的区域即为松动圈的边界。该量测法优点为:测试数据可靠,操作简单;缺点是观测工作量大,仪器费用高,测试精度较低,监测时间长。多点位移计量测法适用于变形量大的软岩,需要连续观测较长时间之后才能把握围岩的变形规律并判断松动圈范围。对于变形量小的围岩,由于其精度有限,难以采用该方法。综上所述,目前现场乐于接受,易于测试的为声波法和多点位移计量测法。从安全经济及方便的角度出发,爆破荷载作用下现场岩体松动圈的测试宜采用声波法。3张湾水电站松动圈分析3.1工程及地质概况张河湾抽水蓄能电站位于河北省石家庄市井隆县测鱼镇张河湾村附近,电站距石家庄市区直线距离53km。电站枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统及地面出线场、下水库拦河坝和拦排沙工程等组成,工程等级为一等。松动区现场测区位于张河湾抽水蓄能电站上水库盆Ⅲ区,为厚层状弱、微风化长城系大红峪组石英砂岩单斜岩层,厚度28～43m,岩层走向近SN,倾向W,倾角6～10°。岩石呈灰白色,质地坚硬、性脆,强度高,高倾角裂隙发育,透水性强,因层间错动发育而成众多软弱夹层。3.2火工材料及起爆路网炮孔造孔为潜孔钻梯段钻爆,选用的设备为古河钻机。孔口高程794.4m,孔底高程785.4m,孔深9m,梯段高度为9m,造孔倾角90°,孔径89mm,孔距4m,排距2.5m,单孔药量41.4kg,堵塞长度1.5m。火工材料采用铵油炸药和非电雷管,电雷管,乳化炸药。起爆网路见图3,其中孔外接力采用ms4段非电雷管,排间采用ms8段非电雷管。根据毫秒非电雷管所对应的延时表,可得到起爆网路图各炮孔的延时时间,各炮孔装药结构图见图4。3.3爆破前后岩体波速变化本次次爆破共设置编号为1号～6号的6个监测孔,监测孔间距为1m,呈直线布置;炮孔孔间间距为4m,排间间距为2.5m,呈梅花形布置。试验孔且与1-4、3-4号爆破孔位于同一条直线上,6号试验孔与3-4号爆破孔中间的距离为4.0m,见图5。试验孔孔口高程及孔深总体依次增加,孔口高程分别为794.96m、795.10m、795.24m、795.38m、795.52m、795.66m;分别为9.1m、9.1m、9.3m、9.5m、10.1m、10.5m。试验孔爆破前后采用单孔一发双收、双孔对穿声波测试岩体波速,其测试结果见图6、7。图6反映了垂直方向上所有测试孔的单孔一发双收声波速度变化曲线图,其中横轴为测试波速V,单位m/s,纵轴为离测试工作面的深度,单位m,可知:(1)爆破前岩体纵波波速随着深度的增加而增大,表明岩体质量随深度逐渐变好;(2)通过爆破前后岩体波速对比可知,1号～6号试验孔爆破后孔口以下0.8m、1.8m、2.4m、3.2m、4.2m、5.0m处波速有一明显下降的拐点,拐点处的深度即为垂直方向上岩体受爆破震动影响的松动深度。可此可见爆破震动影响的水平位移位于1号孔外侧。图7反映了垂直方向上所有测试孔的双孔对穿所测的波速变化曲线图。由图7可知:水平方向双孔对穿爆破前后波速呈现无规律变化,无明显的拐点。分析原因有两个:一是测区内岩体水平结构面发育,对水平方向上弹性波速的测试影响大;二是对穿探头爆破前后垂直方向存在位置上的微小变化,这一变化对水平测试的影响,被岩体内水平发育的结构面放大或缩小,结果造成爆破前后波速呈现无规律变化。对比单孔一发双收与双孔对穿所测的岩体爆破前后波速对比曲线图(见图6、图7),可知单孔一发双收比双孔对穿更适合于爆破震动影响深度的测试。根据这次爆破实际测量得到的测试孔间距、孔口高程,将每个孔受单孔一发双收所测得的爆破震动影响深度点进行点对点连接,并根据连接线的趋势进行推测,可勾画出爆破松动区水平、垂直方向的分布范围,形成一个剖面,如图8所示。4爆破荷载作用下的岩体滑动圈测试(1)通过松动圈测试技术对比分析,得出现场乐于接受,易于测试的