斜坡地形条件下基于不同埋深条形药包洞室爆破地震效应数值模拟研究.doc

1、斜坡地形条件下基于不同埋深条形药包洞室爆破地震效应数值模拟研究摘要：利用 LS-DYNA 对相同药量、相同最小抵抗线、不同埋深的斜坡地形条件下条形药包硐室爆破地震效应进行数值模拟研究，探讨在特定地质条件及爆破参数下的硐室爆破地震的衰减规律，其研究成果具有一定的理论意义和现实价值。 关键词：斜坡地形洞室爆破数值模拟 中图分类号：U656.2+1 文献标识码： A 文章编号： 1 引言： 近几十年我国的工程爆破技术发展尤为迅速，达到前所未有的水平。无论是从掘进效率、还是从经济、技术角度考虑，钻爆法都是岩体开挖的主要施工方法之一，因而很大部分工程仍将会采用爆破方法进行1。硐室爆破是一种投资省，效率高

2、，速度快的施工方法。在地形复杂的山区我国相当广泛地应用硐室爆破来完成大方量的石方开挖2。 本文利用 LS-DYNA 对相同药量、相同最小抵抗线、不同埋深条件下条形药包硐室爆破地震效应进行数值模拟研究，探讨在特定地质条件及爆破参数下的硐室爆破地震的衰减规律，其研究成果具有一定的理论意义和现实价值。 2 地质雷达检测隧道衬砌厚度及脱空缺陷 2.1 参数模型 本文模型选取的斜坡坡度为 45，为了研究条形药包硐室爆破在径向上的地震效应，特选取较大的边界，上台阶长度为 300m，下台阶长度为 300m，斜坡高度为 35m，药室为矩形药室，耦合装药。装药量大小通过药室的面积进行调控，炸药密度 g/cm3，

3、 。为了更为全面了解药包的不同埋深对地震波规律的影响，特选取药包最小抵抗线 W=15m 不变，装药量为 1000kg，药室断面为 1m1m 的矩形药室，h1，h2 为药室中心点距离上下台阶的竖直距离，分别取 25m、20m、15m 和 10m、15m、20m 进行研究。 图 2-1 模型尺寸单位（m） 2.2 模型网格划分 由于所选模型尺寸较大，并且对于这样的药包爆破在远端影响越来越小，所以在药包附近网格划分尺寸小远端相对较大，并且采取映射分网的手法，所划分得的网格如下图所示： 图 2-2 模型网格划分 2.3 模型参数选择 为了分析简单，本文将基础岩体视为同一岩体。同时将模型左右及下侧边界条

4、件定义为非反射边界，具体参数选取如下： （1）岩体：动力弹性模量 Gpa；屈服应力 MPa；泊松比；密度g/cm3；质量阻尼系数；刚度阻尼系数。对于介质的状态方程和，其参数取值为， =4816 m/s ，=1.5，=0.0，=0.0，=2.0，=0.5，=0.133。空气：取=0，=0.4，=， MPa3。 （2）炸药：在这里选取炸药参数为密度 g/cm3，爆速 V =4000 m/s4。对于炸药的状态方程其参数取值查表可得，=74.1Gpa，=18GPa，=5.56，=1.65，=0.35。 （3）在本文中所有的速度单位为：cm/us；加速度单位为：g。 2.3 模型计算点的选择 计算测点选

5、取为：上台阶地面分别取距离药包水平距离100m、150m、200m、250m 的 1565、1575、1585、1595 节点；下台阶地面选取距药包水平距离 100m、150m、200m、250m、300m 的的2930，2920，2910，2900，2890 节点。具体示意图如下： 图 2-3 计算点位置示意图 2.2 数值模拟结果分析 （一）当 h1/h2=2.5 时所得结果 图 2-4 上下地面计算点的振动速度时程图 将以上图 2-4（a）和图 2-4（b）中的数据数据进行抽取分析可得表2-1 和表 2-2： 表 2-1 上地面径向计算点最大振速 表 2-2 下地面径向计算点最大振速 （

6、二）当 h1/h2=1.3 时所得结果 图 2-5 上下地面计算点的振动速度时程图 将以上图 2-5（a）和图 2-5（b）中的数据数据进行抽取分析可得表2-3 和表 2-4： 表 2-3 上地面径向计算点最大振速 表 2-4 下地面径向计算点最大振速 （三）当 h1/h2=0.75 时所得结果 图 2-6 上下地面计算点的振动速度时程图 将以上图 2-6（a）和图 2-6（b）中的数据数据进行抽取分析可得表2-5、表 2-6： 表 2-5 上地面径向计算点最大振速 表 2-6 下地面径向计算点最大振速 3 结束语 从以上数值模拟所得图表数据我们可以看出，爆破振动从山坡高处向低处传播，下部坡脚

7、拐点处振动幅值将受到抑制，而地震波与之相反的方向传播有明显的放大效应。在此次模拟 45坡脚、最小抵抗线为 15米的情况下，将表 2-1 与表 2-2，表 2-3 与表 2-4，表 2-5 与表 2-6 所得爆破地表振动速度对比，与药包距离相同的上下地面点，当 h1/h2=1.3时高程放大效应上地面为下地面的 1.51 倍，当 h1/h2=2.5 时上地面为下地面的 1.28 倍，当 h1/h2=0.75 时最大为 3.23 倍。因此我们可以认为当药包与上下地面距离差值 h1/h2 越大则放大效应越小，当 h1/h2 数值越小则放大效应越大。同样通过计算节点加速度时程图，可以看出加速度幅值与振速

8、值一样具有高程放大效应。 同时，我们还可以看到当药包埋深 h1 等于药包最小抵抗线 W 时，上下地面的振动速度衰减值差异很明显，在距药包 100m 处上地面的振速值为 11.09cm/s，下地面为 5.68 cm/s，当与药包距离为 250m 处上地面的振速值衰减为 3.89cm/s，下地面衰减为 0.78cm/s。h1 在另外两种情况下分别为 20m 和 25m 时其振动衰减规律相一致。 个别时段爆破振动峰值没能错开，仍然发生了局部叠加，叠加效果有的表现为波峰加波峰，峰值突升；有的表现为波峰加波谷，峰值锐减，但整体上振动峰值能基本错开；爆破振动从高处向低处传播，爆破振动衰减加快。以上结果都只是在特定的地形地质、特定的装药结构及炸药参数条件下所得到，得到的结果还有很多不足。因此，还需要从影响爆破结果的其他参数变化等不同条件情况下进行研究，以便得到更为合理的结果。 参考文献 1冯叔瑜，王中黔.地铁爆破的震动问题.中国铁道科学.1999, 20(2):30 2凌同华.爆破地震效应及其灾害主动控制.中南大学学报.2004, 35(3):786-788 3杨军，金乾坤，黄风雷.岩石爆破理论模型及数值计算M.北京:科学出版社，1999.