望海寨鉬礦某邊坡爆破動載作用下降振研究

王春明 解麗娜

摘? 要：為了對遼寧省鲅魚圈望海寨某鉬礦典型邊坡提出有效降振減災(zāi)的措施，首先通過極限平衡法（瑞典圓弧條分法、畢肖普法、簡布法）和強(qiáng)度折減法（2D、3D）確定了該邊坡靜載條件下的安全系數(shù)，再利用ANSYS建立爆破動力載荷作用下四種不耦合裝藥系數(shù)的爆炸模擬，分析其有效應(yīng)力時程曲線和確定最佳不耦合系數(shù)，并根據(jù)該裝藥系數(shù)條件下的應(yīng)力值，以極限平衡法以摩爾-庫倫抗剪強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)，計算得到的動載安全系數(shù)時程曲線確定最佳延遲爆破時間，從而達(dá)到保證最終邊坡保持穩(wěn)定，減少滑坡帶來的危害。

關(guān)鍵字：極限平衡法;有限元法;安全系數(shù);邊坡穩(wěn)定;降振

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0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)地快速發(fā)展，各行各業(yè)建設(shè)步調(diào)也隨之加快，交通更是建設(shè)安全重地，邊坡工程、人防工程、隧道工程等均因爆破動力作用存在嚴(yán)重的威脅，合理采取降振措施是解決問題的根本。本文主要通過確定最佳不耦合系數(shù)和最佳延遲爆破時間對該工程進(jìn)行降振減災(zāi)研究，關(guān)于降振減災(zāi)措施的提出和研究我國學(xué)者有很多建樹。齊慶杰等為了分析裝藥位置對深部聚能爆破增透效果，采用理論、數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗相互結(jié)合的方式分析了炮孔周圍應(yīng)力分布及裂隙的發(fā)育狀態(tài)。龔玖等分析比較了空氣和水作為耦合介質(zhì)爆破時對爆破塊度的影響，結(jié)果表明水作為不耦合介質(zhì)時爆破效果較佳、能量利用率相對更高。樓曉明等基于巖石破碎機(jī)理，綜合分析應(yīng)力波和爆生氣體能量作用，運用量綱分析方法修正了延時爆破控制半經(jīng)驗公式，確定了最佳延期時間為25ms。鐘冬望等為了精準(zhǔn)控制延期時間和提高破巖效果，推導(dǎo)出了延期爆破的計算公式，并給出了延期20ms時爆破效果及降振效果最佳。李清等提出了多種相關(guān)因素相互作用時延期最佳爆破時間的優(yōu)選方法，計算給過給出掏槽孔和輔助孔將延期時間設(shè)置為3～5ms比較合適。同時，李祥龍、韓博等同樣根據(jù)不用的研究背景，研究了延期時間對爆破動力荷載作用下的降振減災(zāi)研究。

本文為了對爆破動力載荷進(jìn)行降振研究，首先要確定靜載安全系數(shù)和動載動態(tài)安全系數(shù)，通過空氣間隔裝藥、確定最佳延遲爆破時間等技術(shù)手段對最終邊坡進(jìn)行保護(hù)，從而防止滑坡事故的造成。

1 靜載安全系數(shù)

工程中關(guān)于土體的分析方法主要分為極限平衡法和有限元法，極限平衡法原理簡單，計算方便，在工程中應(yīng)用較為廣泛，有限元強(qiáng)度折減法確定最終滑動面相對更精準(zhǔn)簡便。

本文主要通過極限平衡法主要通過瑞典圓弧條分法、畢肖普法和簡布法計算得到差別不大的三個安全系數(shù)，有限元強(qiáng)度折減法計算了2D和3D狀態(tài)下的安全系數(shù)，計算結(jié)果詳見表1，對比分析5種計算結(jié)果確定最佳靜載安全系數(shù)為2.645。

2 不耦合裝藥結(jié)構(gòu)

遼寧省鲅魚圈望海寨某鉬礦在掘進(jìn)生產(chǎn)過程中，由于地質(zhì)條件限制，需要大量的爆破作業(yè)，因而爆破作業(yè)產(chǎn)生的大量的動載影響，使得最終邊坡的安全穩(wěn)定性受到了威脅，容易產(chǎn)生滑坡等事故。該邊坡的地質(zhì)參數(shù)見表2。

2.1 數(shù)值建模

模型采用cm-g-us單位制，臺階高200cm，為了計算方便，將實例邊坡縮小十倍進(jìn)行模擬，模型二維尺寸圖如圖1所示?？讖皆O(shè)計為150mm，孔深選取滿足爆破效果的四種軸向不耦合裝藥，徑向均采用耦合裝藥，且兩炮孔采用完全相同的不耦合系數(shù)進(jìn)行裝藥，選取中部空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)。

各軸向不耦合裝藥參數(shù)設(shè)置見表3。

2.2 結(jié)果數(shù)據(jù)分析

各潛在滑動面代表單元有效應(yīng)力時程曲線如圖2所示。

圖2 潛在滑動面代表單元有效應(yīng)力時程曲線

由圖2可知，隨著不耦合系數(shù)的增大，潛在滑動面代表單元有效應(yīng)力時程曲線的峰值總體呈較小趨勢，10980和10360兩個單元的下降程度較大，總體來說不耦合系數(shù)越大，有效應(yīng)力越小。

為了進(jìn)一步確定最佳不耦合系數(shù)，提取潛在滑動面上數(shù)值繪制曲線，各不耦合系數(shù)變化曲線如圖3所示。

由圖4可知，當(dāng)時間為24ms時，動態(tài)安全系數(shù)達(dá)到最大值約為7.7，當(dāng)時間達(dá)到約40ms時，動態(tài)安全系數(shù)最小約為1.6。因此，根據(jù)工程常用工藝參數(shù)，選取延期爆破時間為25ms最佳。

4? 結(jié)? 論

為了提出該典型邊坡有效的降振減災(zāi)措施，主要通過以下過程及結(jié)果確定。

（1）通過極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法確定了五種差別不大的靜載安全系數(shù)，綜合分析取靜載安全系數(shù)為各結(jié)果平均值2.645。

（2）通過控制不耦合系數(shù)的大小，分析各條件下的有效應(yīng)力時程曲線和，分析結(jié)果表明不耦合系數(shù)為xx時最佳。

（3）為了進(jìn)一步對該邊坡進(jìn)行降振減災(zāi)措施的研究，通過計算最佳不耦合系數(shù)裝藥條件下的動態(tài)安全系數(shù)時程曲線，確定了最佳延期爆破時間為25ms時降振效果較好。

綜上所述，給出了最佳不耦合系數(shù)4和最佳延期時間控制為25ms對該工程的降振效果最好。

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