巖體結(jié)構(gòu)面對爆炸沖擊工程響應(yīng)的影響

胡建華，高宏偉，薛小蒙, 2，周科平

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巖體結(jié)構(gòu)面對爆炸沖擊工程響應(yīng)的影響

胡建華1，高宏偉1，薛小蒙1, 2，周科平1

(1. 中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南省深部金屬礦開發(fā)與災(zāi)害控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙，410083；2. 中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司, 安徽馬鞍山，243000)

基于裂隙巖體的結(jié)構(gòu)面是礦山安全生產(chǎn)的重要影響因素，對爆炸沖擊應(yīng)力波的傳播規(guī)律有重要影響，以銅坑礦巖體力學(xué)參數(shù)為基礎(chǔ)，采用ANSYS /LS-DYNA軟件，建立結(jié)構(gòu)面厚度、傾角及結(jié)構(gòu)面充填材料對爆炸沖擊工程響應(yīng)的數(shù)值模型，獲取結(jié)構(gòu)面對爆炸沖擊下的工程響應(yīng)特性，并基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建結(jié)構(gòu)面參數(shù)灰關(guān)聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，確定結(jié)構(gòu)面參數(shù)在爆破沖擊工程響應(yīng)的重要度。研究結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)面前、后測點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)峰值振速的衰減度與結(jié)構(gòu)面厚度呈指數(shù)函數(shù)，當(dāng)結(jié)構(gòu)面厚度為0，5，10，15和20 cm時，衰減度分別為0.365，1.508，2.303，2.418和2.443；結(jié)構(gòu)面傾角對爆破沖擊工程響應(yīng)與衰減度呈正相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾角為30°，45°和60°時，衰減度分別為1.580，2.495和2.698；當(dāng)結(jié)構(gòu)面的充填材料為膠結(jié)、碎屑、泥質(zhì)時，質(zhì)點(diǎn)峰值振速的衰減度分別為2.303，2.458和2.598，與充填材料的強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)；3種因素的影響度由大到小依次為結(jié)構(gòu)面厚度、傾角、充填材料強(qiáng)度。

結(jié)構(gòu)面；爆炸沖擊；質(zhì)點(diǎn)峰值振速；影響度

巖體是由完整巖石和結(jié)構(gòu)面構(gòu)成的地質(zhì)體，其結(jié)構(gòu)面對巖體力學(xué)性質(zhì)和爆破工程響應(yīng)有重要的影響。在礦山破巖、開挖等爆破工程中，當(dāng)巖體中存在結(jié)構(gòu)面時，爆破應(yīng)力波會在結(jié)構(gòu)面處產(chǎn)生反射、透射現(xiàn)象，阻礙應(yīng)力波的傳播，加速能量衰減。Mckenzie 等[1]指出，應(yīng)力波的衰減取決于裂隙的數(shù)量、寬度以及充填物的波阻抗；柯新華等[2]認(rèn)為不同尺度結(jié)構(gòu)面對應(yīng)力波衰減應(yīng)采用不同方法研究其工程響應(yīng)特性，并提出了采用應(yīng)力波時空衰減相結(jié)合的方法研究多結(jié)構(gòu)面耦合作用對應(yīng)力波衰減的影響規(guī)律；張秀麗等[3]通過數(shù)值研究方法發(fā)現(xiàn)節(jié)理面能阻礙波的傳播、加速波的衰減，并指出節(jié)理面越多，波的反射越強(qiáng)，透射越弱；王洋等[4]采用LS-DYNA與離散元3DEC相結(jié)合的方法，分別模擬了爆炸應(yīng)力波在不同裂隙條件中傳播的特點(diǎn)，認(rèn)為巖體中裂隙越多，最小主應(yīng)力降低越快；周劍等[5?6]根據(jù)應(yīng)力波的時延理論推導(dǎo)了應(yīng)力波透射線彈性結(jié)構(gòu)面的時延關(guān)系式，并運(yùn)用數(shù)值軟件模擬了應(yīng)力波穿越不同產(chǎn)狀大型結(jié)構(gòu)面的傳播特征；胡世麗等[7]在研究結(jié)構(gòu)面間距對透射波的影響時發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)面間距與波長之比存在1個臨界值，超過此臨界值時，多重反射和投射對應(yīng)力波傳播影響很小，對透射系數(shù)幾乎沒有影響。此外，已有大量研究表明爆炸沖擊波的能量隨著傳播距離的增加而衰減，并在爆破中遠(yuǎn)區(qū)衰減為應(yīng)力波。彭府華等[8]采用全數(shù)字型多通道微震檢測系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)擬合得出應(yīng)力波傳播速度，獲得振幅與傳播距離的衰減特性曲線；李洪濤等[9]基于地震學(xué)相關(guān)理論，研究了爆破地震的能量隨距離衰減規(guī)律，證明了爆破地震的能量隨距離迅速衰減。為探求結(jié)構(gòu)面參數(shù)在爆炸沖擊應(yīng)力波隨距離傳播工程響應(yīng)的影響及其程度，本文作者采用ANSYS數(shù)值模擬軟件，以銅坑礦為例，建立不同狀態(tài)下結(jié)構(gòu)面的有限元模型，分析結(jié)構(gòu)面厚度、角度以及充填物材料性質(zhì)對爆破沖擊應(yīng)力波傳播的影響，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件Easy NN-plus對各因素的影響度進(jìn)行評價(jià)。

1 巖體結(jié)構(gòu)面影響因素

1.1 工程概況

銅坑礦屬于錫多金屬礦山，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，不同類型結(jié)構(gòu)面的存在導(dǎo)致巖體力學(xué)參數(shù)降低。在鉆爆開采過程中，由于存在斷面過大、爆破震動和結(jié)構(gòu)面分布等不良因素，導(dǎo)致采礦過程中采動爆破能耗損失大，工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部冒頂、片幫甚至垮塌等災(zāi)變現(xiàn)象，給礦山生產(chǎn)效率和安全帶來極大危害。為設(shè)計(jì)合理的爆破參數(shù)，分析不同狀態(tài)下結(jié)構(gòu)面對爆炸沖擊應(yīng)力波傳播的影響十分重要。

根據(jù)礦山提供的地質(zhì)資料，其巖體與結(jié)構(gòu)面的力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖石及結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)

1.2 結(jié)構(gòu)面影響因素

由于巖體中結(jié)構(gòu)面規(guī)模、產(chǎn)狀各異，在構(gòu)建模型時，將巖體中的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面及附近的較小裂隙一致等效為有一定厚度的結(jié)構(gòu)面。Hakan等[10]認(rèn)為巖體中應(yīng)力波傳播至結(jié)構(gòu)面處產(chǎn)生的反射、透射現(xiàn)象與結(jié)構(gòu)面的厚度、角度有關(guān)。由于巖體結(jié)構(gòu)面充填物是重要參數(shù)，在模型分析中，主要考察結(jié)構(gòu)面厚度、角度及結(jié)構(gòu)面充填物對爆炸沖擊應(yīng)力波傳播的影響。

1.3 爆炸荷載加載方法

對于礦山地下工程，研究的工程響應(yīng)主要針對爆炸作用的中遠(yuǎn)區(qū)，針對該區(qū)域，許紅濤等[11?12]提出了爆炸等效荷載施加模擬爆炸方法，并實(shí)現(xiàn)爆破沖擊工程效應(yīng)的模擬方法。根據(jù)圣維南原理，在爆源處采用三角形曲線加載方式施加爆炸荷載。加載力隨時間的變化規(guī)律如圖1所示。

圖1 爆炸三角形曲線加載

1.4 數(shù)值模型

為簡化計(jì)算，采用線彈性材料模型，并將其簡化為長度×寬度×厚度為6.00 m×4.00 m×0.05 m的長方體，沿寬度方向布置貫穿模型的裂隙結(jié)構(gòu)面，模型采用共節(jié)點(diǎn)算法，映射網(wǎng)格劃分形式，網(wǎng)格長度為0.05 m，四周采用無反射邊界，并對前、后2個面進(jìn)行法線方向上的位移約束。截取部分模型見圖2，材料力學(xué)參數(shù)見表1。以爆源中心為起點(diǎn)，沿長度方向在模型中布置測線，施加三角形爆炸荷載曲線。為考察爆炸沖擊波在結(jié)構(gòu)面前后傳播過程中的質(zhì)點(diǎn)振速變化的對比情況，選取的測點(diǎn)充分涵蓋了結(jié)構(gòu)面前、后質(zhì)點(diǎn)。為了更清晰地觀察質(zhì)點(diǎn)振速的變化，測點(diǎn)距爆源中心的距離不應(yīng)設(shè)過大，分別設(shè)為0.1，0.7，1.1，1.5和1.9 m，其中0.1 m和0.7 m處的測點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)面與爆源之間，其余測點(diǎn)均位于結(jié)構(gòu)面之后的測線上。

(a) 測點(diǎn)布置圖；(b) 結(jié)構(gòu)模型圖

為研究結(jié)構(gòu)面的厚度、傾角和填充物對爆炸沖擊應(yīng)力波傳播的影響，采用建立的模型分別對3種因素進(jìn)行分析。設(shè)置結(jié)構(gòu)面參數(shù)時考慮到后續(xù)計(jì)算時參與計(jì)算的結(jié)構(gòu)面前后測點(diǎn)的距離僅為0.4 m，故模型中的節(jié)理層厚度不應(yīng)設(shè)過大，將其分別設(shè)置為0，5，10，15和20 cm共5種，結(jié)構(gòu)面傾角可設(shè)為0°，30°，45°和60°共4種，并依據(jù)強(qiáng)度不同選用膠結(jié)充填、碎屑充填和泥質(zhì)填充3種充填材料類型共10種組合分析模式，模型組合方式的計(jì)算參數(shù)見表2，分別觀察爆炸沖擊經(jīng)過各測點(diǎn)時相應(yīng)質(zhì)點(diǎn)的振動速度，比較不同參數(shù)組合下的工程響應(yīng)(質(zhì)點(diǎn)振速衰減)規(guī)律。充填物材料參數(shù)見表3。

表2 計(jì)算參數(shù)組合表

表3 結(jié)構(gòu)面充填物材料參數(shù)

2 數(shù)值結(jié)果與分析

2.1 結(jié)構(gòu)面厚度分析

在相同的結(jié)構(gòu)面傾角及充填強(qiáng)度下，不同厚度爆破沖擊應(yīng)力波的傳播各測點(diǎn)的向速度?時間曲線見圖3。

結(jié)構(gòu)面厚度/cm：(a) 0(無節(jié)理)；(b) 5；(c) 10；(d) 15；(e) 20

由圖3可知：隨著與爆源距離增大，爆破振動在巖體傳播中均發(fā)生衰減；結(jié)構(gòu)面的厚度是影響礦山工程爆破振動傳播的重要控制因素；在測點(diǎn)距離爆源0.1 m和0.7 m處，由于測點(diǎn)位于爆源與結(jié)構(gòu)面之間，測點(diǎn)振動速度幅值基本相同，主要來源于爆破應(yīng)力波傳播至結(jié)構(gòu)面處質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)速度以及結(jié)構(gòu)面反射產(chǎn)生的應(yīng)力波。另3個測點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)面的后方，在無結(jié)構(gòu)面條件下，主要表現(xiàn)出巖體對爆炸波的正常衰減，而在有結(jié)構(gòu)面條件下，向振速差異較大，且隨著結(jié)構(gòu)面厚度增加，衰減幅度增加，表明結(jié)構(gòu)面在一定程度上吸收了爆炸應(yīng)力波的能量，進(jìn)一步增強(qiáng)了爆炸波的衰減。各測點(diǎn)的和向速度見表4。由表4可以看出：各測點(diǎn)的向振速遠(yuǎn)小于其向振速，遭遇結(jié)構(gòu)面時，向振速衰減規(guī)律不太明顯，衰減程度遠(yuǎn)比向的小。這說明此類型結(jié)構(gòu)面主要導(dǎo)致向質(zhì)點(diǎn)振速衰減。此外，對比相同厚度條件下各測點(diǎn)振速可以看出：隨著傳播距離增大，振速的衰減均趨向于緩慢，甚至出現(xiàn)波動。

表4 不同節(jié)理厚度下質(zhì)點(diǎn)速度峰值

表4中5種節(jié)理厚度條件下各測點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值曲線見圖4(將結(jié)構(gòu)面厚度0 cm的曲線設(shè)為基準(zhǔn)線，以方便對比)。

節(jié)理厚度/cm：1—0(基準(zhǔn)線)；2—5；3—10；4—15；5—20。

李洪濤等[9]的研究表明：爆炸振動波總能量與振速的平方近似成正比關(guān)系，即波速越大，應(yīng)力波能量也越大。由圖4可知：爆破沖擊應(yīng)力波穿過結(jié)構(gòu)面后，振速大幅度下降，且結(jié)構(gòu)面后的各測點(diǎn)峰值振速均小于無結(jié)構(gòu)面時相同質(zhì)點(diǎn)的振速，說明結(jié)構(gòu)面吸收了爆破沖擊應(yīng)力波的部分能量。定義衰減度為單位長度質(zhì)點(diǎn)振速的衰減值，主要用于表征質(zhì)點(diǎn)振動衰減隨著結(jié)構(gòu)面的特征參數(shù)變化的程度，可根據(jù)式(1)計(jì)算。計(jì)算應(yīng)力波通過不同結(jié)構(gòu)面厚度的前后測點(diǎn)的振速峰值的衰減度和間距，繪制并擬合結(jié)構(gòu)面厚度?衰減度曲線，如圖5所示。

式中：1和0為待測2點(diǎn)的速度，即爆心距1.1 m和0.7 m處的質(zhì)點(diǎn)振速峰值，cm/s；為2個測點(diǎn)之間的距離，m，此處取測點(diǎn)2和測點(diǎn)3為計(jì)算目標(biāo)，其值為0.4 m。

由圖5可知：5種結(jié)構(gòu)面厚度對應(yīng)的衰減度分別為0.365，1.508，2.303，2.418和2.443?？梢缘弥寒?dāng)結(jié)構(gòu)面厚度在一定的范圍內(nèi)時，隨著結(jié)構(gòu)面厚度越大，應(yīng)力波通過時質(zhì)點(diǎn)振速衰減越快；當(dāng)結(jié)構(gòu)面厚度超過某一數(shù)值時(如超過15 cm時)，衰減度慢慢趨于穩(wěn)定。這說明當(dāng)結(jié)構(gòu)面厚度與結(jié)構(gòu)面前、后兩測點(diǎn)間距的比例達(dá)到某一值后，衰減度將不再繼續(xù)增大，與實(shí)際情況基本相符。其擬合方程式為

式中：為結(jié)構(gòu)面厚度(m)。

圖5 結(jié)構(gòu)面厚度?衰減度擬合曲線

Fig. 5 Fitting curve of thickness of structural planes?attenuation degree

2.2 結(jié)構(gòu)面傾角分析

結(jié)構(gòu)面的傾角主要影響爆破應(yīng)力波的傳播方向的衰減，并通過不同傾角下的水平厚度變化改變爆破應(yīng)力波衰減度。同時，在結(jié)構(gòu)面的反射響應(yīng)下，結(jié)構(gòu)面前方的測點(diǎn)振動速度增加，形成爆破沖擊應(yīng)力波與反射波的疊加。在同一結(jié)構(gòu)面厚度、不同傾角條件下，爆破沖擊應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)面巖體中各測點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振速峰值如表5所示。

表5 不同結(jié)構(gòu)面傾角質(zhì)點(diǎn)速度峰值

不同傾角條件下質(zhì)點(diǎn)振速峰值變化見圖6。由圖6可知：結(jié)構(gòu)面的角度也是影響礦山工程爆破振動傳播的重要控制因素；當(dāng)結(jié)構(gòu)面厚度一致、爆炸荷載相同時，爆炸應(yīng)力波通過不同傾角結(jié)構(gòu)面時質(zhì)點(diǎn)振速峰值的衰減速率均比其他段的大。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾角為0°，30°，45°和60°時，衰減度分別為2.303，1.580，2.495和2.698。結(jié)構(gòu)面傾角越大，衰減度也越大。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)面傾角越大，爆炸沖擊應(yīng)力波傳播時遭受反射和繞射的影響越大，而且因傾角增大造成的結(jié)構(gòu)面水平厚度也越大，因此，爆炸應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)面內(nèi)傳播的能量損耗也隨之增大；當(dāng)傾角為0°時，應(yīng)力波垂直結(jié)構(gòu)面入射，不少能量沿原路反射，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面偏爆源一側(cè)產(chǎn)生能量聚集效應(yīng)，測點(diǎn)振速偏大，衰減度計(jì)算值偏大。

結(jié)構(gòu)面傾角/(°)：1—無結(jié)構(gòu)面；2—0；3—30；4—45；5—60。

2.3 結(jié)構(gòu)面充填材料分析

在相同的結(jié)構(gòu)面厚度及傾角條件下，不同充填物爆破沖擊應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)面巖體中各測點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振速峰值見表6。

表6 不同充填材料下測點(diǎn)振速峰值

不同充填物條件下質(zhì)點(diǎn)振速峰值變化見圖7。由圖7可知：結(jié)構(gòu)面充填物的存在加快了質(zhì)點(diǎn)振速峰值的衰減，同時受結(jié)構(gòu)面的影響，爆破沖擊應(yīng)力波與反射波疊加，在爆破源與結(jié)構(gòu)面間形成振動速度增加的趨勢。爆破沖擊應(yīng)力波通過3種不同充填物的結(jié)構(gòu)面時質(zhì)點(diǎn)振速峰值的衰減速率均比其他段的大，根據(jù)計(jì)算，衰減度分別為2.458，2.303和2.598。膠結(jié)充填材料強(qiáng)度大，完整性好，結(jié)構(gòu)面與兩側(cè)巖石力學(xué)性質(zhì)相差不大，損耗的爆炸沖擊能量較少，因此，質(zhì)點(diǎn)振速的衰減度最??；碎屑充填材料強(qiáng)度較小，完整性較差，應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)面充填物中的反射、折射較多，損耗能量較多，質(zhì)點(diǎn)振速的衰減度較大；泥質(zhì)充填材料強(qiáng)度最小，細(xì)微顆粒多，含水多，結(jié)構(gòu)面與兩側(cè)巖石力學(xué)性質(zhì)相差較大，故損耗能量最多，質(zhì)點(diǎn)振速衰減度最大。

1—無結(jié)構(gòu)面；2—碎屑；3—膠結(jié)；4—泥質(zhì)。

3 影響因素的相對重要性評價(jià)

灰關(guān)聯(lián)分析作為灰色系統(tǒng)的分析方法之一，可通過計(jì)算分析影響某現(xiàn)象發(fā)生的各因素親疏關(guān)系，該方法在礦業(yè)領(lǐng)域可用于建立安全評價(jià)體系[13]。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可用于大規(guī)模并行分布處理非線性信息處理系統(tǒng)，通過學(xué)習(xí)和存儲大量的輸入層?輸出層映射關(guān)系并進(jìn)行推理，找出對應(yīng)關(guān)系，如空區(qū)地基穩(wěn)定性、爆炸沖擊預(yù)測及影響因素的敏感性預(yù)測等[14?16]。胡建華等[17]耦合了灰關(guān)聯(lián)分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，建立了空區(qū)危險(xiǎn)度的結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)灰關(guān)聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，分析了空區(qū)危險(xiǎn)度與結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)間的影響程度及響應(yīng) 關(guān)系。

為深入分析結(jié)構(gòu)面厚度、傾角及充填材料對爆炸沖擊傳播規(guī)律的影響程度，運(yùn)用式(3)對結(jié)構(gòu)面厚度、傾角進(jìn)行歸一化處理，并根據(jù)巖體質(zhì)量分級中節(jié)理面因素對3種充填材料進(jìn)行評價(jià)，得出節(jié)理層強(qiáng)度且進(jìn)行歸一化處理。將3種影響因素作為輸入層因子，衰減度處理后化為關(guān)聯(lián)度用作模型的學(xué)習(xí)輸出因子，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件Easy NN-plus建立結(jié)構(gòu)面參數(shù)灰關(guān)聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，見圖8。

式中：′為影響因素歸一化值；為影響因素的評價(jià)指標(biāo)值；min()和max()分別為影響因素評價(jià)指標(biāo)最小和最大值。

圖8 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型

Fig. 8 Neural network prediction model

將學(xué)習(xí)率、慣性系數(shù)和目標(biāo)訓(xùn)練誤差分別設(shè)為0.60，0.80和0.01[18]，得到表征3個輸入因子對輸出因子的影響度的訓(xùn)練結(jié)果，見圖9。

由圖9可知：學(xué)習(xí)率、慣性系數(shù)和目標(biāo)訓(xùn)練誤差在一定條件下，對結(jié)構(gòu)面厚度、傾角和充填料強(qiáng)度這3種因素對輸出結(jié)果的影響度分別為69.8%，16.2%和14.0%，即影響度由大到小依次為結(jié)構(gòu)面厚度、傾角、充填材料強(qiáng)度，說明這3個因素中，結(jié)構(gòu)面厚度對爆炸沖擊應(yīng)力波傳播的質(zhì)點(diǎn)振速峰值衰減貢獻(xiàn)最大，結(jié)構(gòu)面充填材料強(qiáng)度貢獻(xiàn)最小。

圖9 影響因素的影響度

4 結(jié)論

1) 爆炸沖擊應(yīng)力波通過結(jié)構(gòu)面時能量會被其吸收且主要產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)向振速衰減，衰減度與結(jié)構(gòu)面厚度呈指數(shù)函數(shù)規(guī)律，當(dāng)結(jié)構(gòu)面厚度為0，5，10，15和20 cm時，衰減度分別為0.365，1.508，2.303，2.418和2.443。

2) 爆炸沖擊穿過結(jié)構(gòu)面時，結(jié)構(gòu)面傾角與質(zhì)點(diǎn)振速的衰減度呈正相關(guān)性。當(dāng)傾角為0°，30°，45°和60°時，衰減度分別為2.303，1.580，2.495和2.698。當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾角為0°時，應(yīng)力波垂直結(jié)構(gòu)面入射，不少能量沿原路反射，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面偏爆源一側(cè)產(chǎn)生能量聚集效應(yīng)，測點(diǎn)振速偏大，衰減度計(jì)算值偏大。

3) 當(dāng)結(jié)構(gòu)面充填材料分別取膠結(jié)充填、碎屑充填、泥質(zhì)充填時，爆炸沖擊應(yīng)力波傳播時質(zhì)點(diǎn)振速衰減度分別為2.303，2.458和2.598，與充填材料的強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。

4) 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建結(jié)構(gòu)面參數(shù)灰關(guān)聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，研究結(jié)構(gòu)面各因素的影響度，影響度由大到小依次為結(jié)構(gòu)面厚度、傾角、充填材料強(qiáng)度。

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(編輯 陳燦華)

Influence of structural planes on response of explosion shock engineering

HU Jianhua1, GAO Hongwei1, XUE Xiaomeng1, 2, ZHOU Keping1

(1. Hunan Key Laboratory of Resource Exploitation and Hazard Control for Deep Metal Mines,School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co. Ltd., Maanshan 243000, China)

Considering that structural plane of fractured rock mass is one of the important factors that affects mine safety production, and it has important effect on the propagation law of explosion shock waves, blasting engineering response numerical models with different structural planes’ thicknesses, angles and structural planes’ filling material conditions were established based on rock mass mechanics parameters and ANSYS/LS-DYNA software, structural plane engineering’s response characteristics were obtained. Then neural network forecasting model based on grey relational analysis with different structural plane parameters was built by neural network to study the response degree of structural plane parameters in blasting engineering. The results show that attenuation degree before and after the structure’s peak particle vibration velocities presents exponential function with structural plane’s thickness. When the thickness is 0, 5, 10, 15 and 20 cm, attenuation degree is 0.365, 1.508, 2.303, 2.418 and 2.443, respectively. Attenuation degree is alsopositively correlated with structural plane’s angle, when the angle is 30°, 45° and 60°, the attenuation degree is 1.580, 2.495 and 2.698, respectively. When structural plane’s filling material is consolidated, debris, argillaceous and attenuation degree is 2.303, 2.458 and 2.598, respectively, and it is negatively related to intensity of filling material. The influencing degree of three factors from big to small is structural plane’s thickness, angle and intensity of filling material.

structural planes; explosion shock; peak particle vibration velocities; influencing degree

10.11817/j.issn.1672?7207.2017.06.020

O383

A

1672?7207(2017)06?1560?08

2016?07?10；

2016?08?22

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAB12B01，2013BAB02B05)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41672298)(Projects (2015BAB12B01, 2013BAB02B05) supported by the National Science and Technology Pillar Program during the 12th “Five-year” Plan Period; Project (41672298) supported by the National Natural Science Foundation of China)

胡建華，博士，教授，從事高效安全采礦技術(shù)與巖土工程的穩(wěn)定性分析研究；E-mail：hujh21@126.com