边坡爆破振动高程效应分析_谭文辉

1引言边坡稳定性评价是岩土工程经常遇到的问题,特别是近年来,随着我国大量基础设施的建设,出现了许多由于不合理的工程爆破而导致边坡失稳的例子。

目前的地震波衰减公式是经验型、半经验型的，由于地质条件的复杂性，难以从理论上完全推导合适的衰减公式，爆破振动动力响应机制研究极不成熟，目前只局限于数值分析[1]。

本文先是通过理论计算预测在隧洞掘进过程中的爆破振动对边坡结构稳定的影响，然后利用ABAQUS有限元分析软件对边坡结构进行显式分析计算，分析短暂的脉冲荷载作用下某边坡的稳定性，旨在为类似工程的设计和施工提供指导。

2爆破施工对边坡结构稳定性影响的理论计算分析本文结合实际工程，采用标准推荐的萨道夫斯基公式（见式（1））预测爆破掘进过程中某水库坝体边坡的质点振动峰值速度（PPV），并参照《爆破安全规程》（GB6722-2003）的规定评价爆破施工对周边环境的影响。

V=K（Q1/3R）α（1）式中，V为地震动质点的最大速度,cm/s；Q为炸药量，kg；K与α为与介质特性有关的参数，根据工程所在地区的地质条件，K取200，α取1.5；为爆心距，m。

根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）的规定，爆破振动控制标准见表1。

2.1隧洞的几何与爆破参数以其中一个隧洞的爆破施工为例，隧洞的洞长为2572m，截面形状为城门洞形，截面尺寸为3m×3m，岩石坚固性系数为12，开挖方式为全断面一次开挖，孔径为42mm，单次掘进循环进尺为1.8m，炸药单耗为1.9kg/m3，同段起爆最大药量9kg，水库坝体边坡离爆源的距离为1050m。

2.2计算结果分析通过理论计算得出水库坝体的峰值质点振动速度（PPV）为0.03cm/s，小于《爆破安全规程》（GB6722-2003）规范中的允许值，故隧洞在掘进过程中的爆破振动对水库坝体边坡的影爆破振动对边坡稳定性的影响分析Analysis on the Influence of the Blasting Vibration on the Slope Stability郭文章（南京市测绘勘察研究院股份有限公司，南京210005）GUO Wen-zhang(NanjingInstituteofSurveyingMappingand GeologicalInvestigationCo.Ltd.,Nanjing210005,China)【摘要】爆破振动是影响边坡稳定性的一个重要因素之一。

爆破振动对边坡稳定性影响的研究
由于我国经济进入高速发展阶段,伴随着的是基础工程建设项目数量的剧增。

爆破技术因其简便,快捷,成本低等特点而被广泛应用于基础工程建设当中。

我国是一个多山地的国家,存在着大量的天然高陡边坡,在矿山开采,隧道开挖过程中也会形成一定量的高陡边坡。

随着爆破技术在工程中的应用,爆破产生的此生灾害也越来越严重。

边坡的稳定性和人民的生命财产安全相关息息相关。

研究爆破振动波的特性、衰减规律,探讨爆破振动对边坡稳定性的作用效应,控制爆破振动强度,减小爆破振动造成的次生灾害具有较强的社会和经济效益。

爆破振动波具有复杂性、随机性、衰减快,振动频率范围广,振动持续时间短等特点。

边坡动力破坏的类型集中体现为崩落、倾覆坍塌、滑坡与座落等形式,爆破地震波的特性较多,每种参量造成的失稳机理也不相同。

本文着眼与爆破振动对边坡的稳定性影响,通过对爆破施工现场爆破地震波的现场监测,对监测数据进行处理,作出爆破振速随时间变化的曲线,结合《爆破振动安全规程》判断边坡的稳定性。

同时选取矿山村边坡的最危险10-10′剖面运用slide软件进行静力和动力分析。

在计算过程中分别模拟自然工况,降雨工况、地震工况和各种工况的随机组合,对坡体滑面和深部的最小稳定系数进行分析,各种工况的计算结果均能满足工程稳定性要求,结合监测数据综合分析评定
边坡的稳定性,为同类型的边坡施工提供参考依据。

岩质高边坡爆破质点振动效应分析陈振鸣;满轲;武旭;张政【摘要】In view of the rock slope blasting excavation of the slope of the Aoshan iron ore , the blasting is the main factor that affects the stability of the slope .Through the monitoring data of the rock mass point vibration under the action of blasting , the vibration attenuation law of the slope is obtained .The measured data and the simulation results show that the dynamic finite element: with the increase of the distance , the particle vibration velocity of slope will decrease in accordance with an exponential equation , and the vibration velocity shows amplification phe-nomenon due to the height difference exists in the local steps .According to the elevation amplification effect , the dual regression analysis was made to abtain more accurate predictive models of blasting vibration velocity ,the blas-ting parameters are adjusted in time to ensure the smooth completion of the slope blasting construction .%针对凹山铁矿采场边坡生产爆破工程，利用爆破测振仪对现场爆破作用下岩体质点振动速度进行监测，得到边坡质点振动速度的衰减规律。

爆破震动频率对边坡稳定性的影响明锋;祝文化;李东庆【摘要】建立爆破地震波作用下的边坡震动有限元模型,利用模态分析、谐响应分析得到边坡固有频率,利用瞬态动力学分析方法,得到不同爆破频率作用下的边坡动力响应.最后分析预测适合该地区边坡的爆破频率.研究结果表明:通过调整爆破规模,选择合适的爆破主频,避免与边坡固有频率产生共振,可提高边坡稳定性.%A slope finite element model with the blasting seismic waves was set up. Using modal analysis and harmonic response analysis, the natural frequency of the slope was obtained. The slope dynamic response at different blasting frequencies was obtained through transient dynamics analysis. Finally, the reasonable blasting frequency was forecasted for the slope. The results show that by adjusting the blasting scale and choosing appropriate blasting frequency to avoid producing resonance with the slope, the stability of the slope can be improved.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(043)011【总页数】7页(P4439-4445)【关键词】爆破频率;边坡稳定性;动态特性;数值模拟【作者】明锋;祝文化;李东庆【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,甘肃兰州,730000;武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉,430070;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,甘肃兰州,730000【正文语种】中文【中图分类】TU452爆破振动对边坡稳定性的影响主要体现在两方面：一是导致岩体结构面抗剪强度参数降低；二是使坡体整体下滑力增大，可能导致边坡动力失稳[1]。

台阶爆破振动高程效应理论研究及应用一、引言台阶爆破是在开采、掘进、挖土等工程中常见的一种爆破方法。

但是台阶爆破过程中，爆炸产生的冲击波和振动波会对周围环境产生影响，尤其是在爆破周围建筑物或敏感设备的情况下，会引起更大的注意。

因此，对台阶爆破的振动高程效应进行研究和分析，对于保护周围环境具有重要意义。

二、台阶爆破振动高程效应的相关理论（一）台阶爆破的原理台阶爆破是将岩石按照一定规律和块度分成层次，然后按照预定的爆炸参数进行爆破，使得岩石层级状断裂，达到快速控制爆炸的效果。

通常情况下，通过爆破的方法将岩石分解成较小的碎石块或石头，以达到快速控制爆炸的效果。

（二）峭壁、坡地和台阶爆破的不同对于峭壁爆破和坡地爆破，震源点在地面上，爆炸的冲击波和振动波大部分都传递到地表上。

而对于台阶爆破，则震源点位于台阶内部，使得爆炸的冲击波和振动波传递到地表上的时间和效应都与峭壁爆破和坡地爆破有所不同。

（三）台阶爆破的振动高程效应在台阶爆破过程中，随着台阶高度的增加，爆炸产生的冲击波和振动波传递到地表上的时间和效应也有所不同。

通常情况下，随着台阶高度的增加，爆炸的冲击波和振动波将会更快地传递到地表上，并造成更大的震动和噪音，导致对周围环境和设备的损害风险增加。

因此，对于台阶爆破的振动高程效应进行详细的研究和分析十分必要。

三、台阶爆破振动高程效应的实验研究与实践应用（一）实验研究通过实验研究，可以更直观地了解台阶爆破振动高程效应的变化规律。

在实验室中，可以对不同高度的台阶进行爆破模拟，测量爆炸产生的冲击波和振动波传到地表的时间和效应，并对结果进行分析和比较。

通过实验研究，可以了解不同高度的台阶爆破所产生的不同振动高程效应，并为后续的爆破工作提供依据。

（二）实践应用在实际台阶爆破中，可以根据实验数据和理论模型，确定最佳爆破参数和区域范围，从而更好地保护周围环境和设备。

如果发现爆破造成的振动和噪音超过了预期的范围，可在后续工作中对爆破工艺和参数进行调整，并加强对周围环境和设备的保护措施，减少爆破对周围环境和设备的影响。

第4期谭文辉，等. 边坡爆破振动高程效应分析 623(in Chinese))[2] 刘美山, 吴从清, 张正宇. 小湾水电站高边坡爆破震动安全判据试验研究[J]. 长江科学院院报, 2007, 24(1): 40–43.(LIU Mei-shan, WU Cong-qing, ZHANG Zheng-yu. Experi- mentation on judging standard of blasting vibration safety in high slope excavation of Xiaowan Hydropower Station[J].Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2007, 24(1): 40–43. (in Chinese) )[3] 朱传统, 刘宏根, 梅锦煜. 地震波参数沿边坡坡面传播规律公式的选择[J]. 爆破, 1988, 10(2): 30–31. (ZHU Chuan-tong, LIU Hong-gen, MEI Jin-yu. Equation selection of the transmission rule of seismic wave parameters along slope surface[J]. Blasting, 1988, 10(2): 30–31. (in Chinese)) [4] 许名标, 彭德红. 小湾水电站边坡开挖爆破震动监测成果分析[J]. 人民长江, 2007, 38(2): 135–138. ( XU Ming-biao, PENG De-hong. Analysis on the vibration measurement in high slope excavation of Xiaowan Hydropower Station[J].Yangtze River, 2007, 38(2): 135–138. (in Chinese))[5] 裴来政. 金堆城露天矿高边坡爆破震动监测与分析[J]. 爆破,2006, 23(4): 82–85. (PEI Lai-zheng. Observation and analysis of blasting vibration to the high slope of Jinduicheng open-pit mine[J]. Blasting, 2006, 23(4): 82–85. (in Chinese))[6] 宋光明, 陈寿如, 史秀志, 等. 露天矿边坡爆破振动监测与评价方法的研究[J]. 有色金属(矿山部分), 2000(4): 24–27.(SONG Guang-ming, CHEN Shou-ru, SHI Xiu-zhi, et al.Research on the methods of measurement and evaluation ofblasting vibration in open-pit mines[J]. Nonferrous Metal (Mining), 2000(4): 24–27. (in Chinese))[7] 李廷春, 沙小虎, 邹强. 爆破作用下高边坡的地震效应及控爆减振方法研究[J]. 爆破, 2005, 22(1): 1–6. (LI Ting-chun, SHA Xiao-hu, ZOU Qiang. Seismic effect of high slope under the action of blasting load and research on blasting vibration reduction methods[J]. Blasting, 2005, 22(1): 1–6. (in Chinese))[8] 舒大强, 李小联, 占学军, 等. 龙滩水电工程右岸高边坡开挖爆破震动观测与分析[J]. 爆破, 2002, 19(4): 65–67.(SHU Da-qiang, LI Xiao-lian, ZHAN Xue-jun, et al.Observation and analysis of blasting vibration on the right banks high slope of Longtan Hydropower[J]. Blasting, 2002, 19(4): 65–67. (in Chinese))[9] 郭学彬, 肖正学, 张志呈. 爆破振动作用的坡面效应[J]. 岩石力学与工程学报, 2001, 20(1) : 83–87. (GUO Xue-bin, XIAO Zheng-xue, ZHANG Zhi-cheng. Slope effect of blasting vibration[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2001, 20(1): 83–87. (in Chinese))[10]蔡美峰, 乔兰, 李长洪, 等. 深凹露天矿高陡边坡稳定性分析与设计优化[J]. 北京科技大学学报, 2004, 26(5): 465–470. (CAI Mei-feng, QIAO Lan, LI Chang-hong, et al.Stability analysis and design optimization of high and steep slope in Shui-chang open-pit mine[J]. Journal of University of Science and Technology of Beijing, 2004, 26(5): 465–470. (in Chinese))《岩土工程师手册》（上、下册）介绍《岩土工程师手册》（上、下册）（“十一五”国家重点图书出版规划项目），主编，钱七虎；副主编方鸿琪，张在明，龚晓南，曾宪明（常务）；书号：978-7-114-07893-4；定价：258.00元（上、下册）；页码：1606页。

露天边坡爆破地震波在不同倾角结构面处的传播规律本文以爆破地震波在结构面处传播为研究对象,依托江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ160643)及江西理工大学重点学科资助项目(3304000004),通过露天边坡爆破振动现场监测及物理模型模拟爆破测试试验,探讨了露天边坡爆破地震波在不同倾角结构面处的传播规律及衰减特性,同时基于反应谱分析方法,研究了边坡结构体的爆破振动响应特征。

主要研究内容及结论如下:(1)露天边坡爆破振动信号的能量主要分布在0~64Hz,随着高程的增加,爆破振动信号能量主要分布频带逐渐变窄,主振频带趋向于低频带;岩体节理裂隙愈发育,其相对能量主要分布频带逐渐变宽,主振频带有往高频带发展的趋势,是由于实际地层裂隙发育岩体结构的多振型对爆破地震波作用的响应结果。

在既定坡形中,边坡爆破地震波的爆破振动速度与能量有一定的高程放大效应,频带间的振动放大系数存在差异。

(2)在裂缝不充填或裂缝充沙条件下,爆破地震波经结构面后,在相同距离条件下的测点振动峰值速度相较于均质区域都有较大程度的衰减,且经裂缝不充填介质要比裂缝充沙介质的衰减更大,隔振效果也更显著。

随着结构面倾角的增加,爆破地震波经结构面后的第一个测点在垂向、径向的衰减或减振百分比分别减小、增大,且其垂向、径向衰减或减振百分比分别表现出一定的负、正相关性;爆破地震波经结构面后的第一个测点在垂向、径向的衰减或减振百分比可能随其质点垂向、径向的振动方向与结构面形成的夹角的增加而增大。

(3)模拟爆破地震波经结构面后的第一个测点信号的能量主要集中在500Hz以下,各区域不同条件下的主振频带在50~250Hz之间,相对于均质条件,模拟爆破地震波经过结构面时,主振频带有往低频带发展的趋势,且其趋势经裂缝不充填比经裂缝充沙更为明显。

模拟爆破地震波在裂缝不充填处产生绕射较多,经此结构面后的第一个测点P、SV波峰值比在1.029~1.335之间且变化较小;模拟爆破地震波在裂缝充沙结构面处会产生波形转换,经此结构面后的第一个测点的P、SV波峰值比在0.715~1.301之间。

爆破震动作用下高陡边坡稳定性分析林大能1，唐业茂2，范金国1，杨军伟1（1.湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭411201；2.九江职业技术学院，江西九江332000）收稿日期：2009-01-12基金项目：湖南科技大学博士科研启动基金（E50843）作者简介：林大能（1972-），男，四川资中人，博士，副教授，研究方向：爆破理论及其应用.E-mail:dnlin@.摘要：通过一炮多段法获得的爆破震动测试数据，研究了某露天采场边坡爆破震动传播规律；建立了滑坡体爆破动力响应分析模型，基于运动单元法得出了爆破地震系数A d 与边坡安全系数K d 的关系；水平加速度指向台阶坡面时，边坡爆破动力响应最大；通过水平加速度和垂直加速度关系的研究，得出了保证边坡安全的许可垂直振动速度为15.58cm ·s -1；给出了保证边坡安全的比例药量计算公式.关键词：爆破震动；边坡；稳定性；运动单元法中图分类号：TD235.4文献标识码：A文章编号：1674-5876（2009）01-0025-04某露天采场已经开采近50年，底板一侧已经形成高度达430m ，坡度为62°的边坡，为延长该矿服务年限，提高矿产资源的回采率，保证采场的安全，矿方要求对底板一侧进行爆破削坡，减小边坡坡度，提高边坡的稳定性.在边坡体上存在一滑坡体，虽采用了预裂爆破措施，监测发现该滑坡体仍有下滑的迹象.经调查分析，在高陡边坡附近，频繁的爆破作业是影响滑坡体下滑的主要原因之一，课题组针对该矿具体的地质条件、岩层条件、滑坡体的力学参数、爆破方法与参数等进行综合研究，得出了该区域有预裂缝条件下的爆破地震波传播规律，并研究了爆破震动作用下高陡边坡保持稳定的条件，取得了良好的效果，现总结成文，供类似工程参考.动力荷载对岩质边坡稳定性的影响，主要表现为动荷载引起的惯性力和循环退化引起的剪应力降低，导致边坡整体下滑力加大，从而降低了边坡的安全系数.动荷载下边坡失稳可分为：惯性失稳（Inertial Instability ）和衰减失稳（Weakening Instability ），爆破造成边坡的失稳一般属于惯性失稳.目前，边坡动力响应分析方法主要还是基于极限平衡理论和应力-变形分析.惯性失稳常采用的分析方法有：拟静力法（Pseudostatic Analysis ）、Newmark 滑块分析法（Newmark Sliding Block Analysis ）、Makdisi Seed 的简化分析法、地震边坡的概率分析方法及有限元方法[1].Ling ，H.I.（1997）将拟静力法用于沿节理面滑动的岩体地震稳定性分析中，进行了地震稳定分析和永久位移计算[2].这些理论为研究具体边坡的动力响应奠定了基础.爆破震动对岩质边坡稳定性的影响是极其复杂的岩体工程地质力学问题，涉及工程地质、岩石动力学等相关学科.主要有两个方面的影响[3]：一是“弱化”作用，即由于爆破震动荷载的反复作用，引起结构面的张开、扩展以及岩体结构的松动变形，导致岩体结构面抗剪强度指标降低，减小了边坡的稳定性系数；二是“附加荷载”作用，即爆破振动引起的惯性力导致边坡整体下滑力加大，降低了边坡的安全系数.考虑到本文研究的滑坡体与基岩是整合接触，“弱化”作用不是主要的，边坡失稳的主要原因是“附加荷载”的作用.1爆破震动传播规律1.1测试系统的选择测试选用EXP3850爆破振动仪记录分析系统，可矿业工程研究Mineral Engineering Research第24卷第1期2009年3月Vol.24No.1M ar .2009三通道并行采集，最高采样率50kHz ；A/D 分辨率12Bit ，分4段存储，每段16k 数据，现场用笔记本电脑经Rs232串口直接设置采样率、量程等参数.该仪器能实现一次开机记录8次信号，测试系统见图1.1.2测点布置及仪器安装为观测到不同的爆破地震振速值，在离开爆心位置由近及远的距离都需布置测点，各测点应位于爆心和坡面正交的同一剖面上.在+36m 台阶布置2个测点，+72、+144、+220、+280m 各布置1个测点，共计6个测点.1.3测试数据及处理考虑到多次对爆破震动测试时，每次传感器与测点基岩粘合的程度不同，可能引起爆破震动能量的传递效率变化，从而导致测量误差增大，EXP3850能一次开机记8个信号，本次测试采用增大段间起爆时差，并使段与段存在一定的药量差，共分7段起爆，一次记录7个爆破震动信号.每段起爆中心与各测点的位置关系、每段起爆药量、各测点测得的爆破震动速度见表1.1.4爆破震动传播规律特性分析质点振动衰减规律的经验表达式是用最小二乘法分析得出的，实测振速N 、最大一段药量Q 、测点与爆心的距离R ，测点与爆心的水平距离S 的相关关系，从而确定与爆破地形、地质条件以及爆破规模、药包结构特征相关的特定系数K 和衰减指数α，高程效应指数β.本次测试测点与爆心之间相对高差较大，宜用如下萨氏修正公式计算爆破地震速度[4，5]：V=K Q3姨R姨姨αR S姨姨β.（1）式中：K 为与地质条件、爆破方法有关的系数；α为地震波衰减系数；β为高程效应指数；V 为爆破震动速度，cm ·s -1；Q 为最大段药量，kg ；R 为最大段药量中心至拟保护边坡最近直线距离，m ；S 为段药量中心至拟测点水平距离，m.根据测试条件和测试数据进行回归分析，编写程序在M ATLAB6.5上进行计算，可以得出K 、α、β值.该地区边坡爆破地震传播规律为V=109.8766Q3姨姨姨1.2001R S姨姨0.7033.（2）2滑坡体的动力响应分析2.1滑坡体动力响应分析模型滑坡体动力响应分析模型如图2：爆破震动可近似处理为简谐振动，取台阶滑动面上某一单元体，单元体受到水平方向爆破震动加速度a L 作用，a L 引起的惯性力F 达到极值状态时，F cos α最大限度地增加了单元体的下滑力；F sin α最大限度地减少了单元体与基岩的粘结力，即此时爆破震动引起的惯性力对单元体下滑趋势的影响达到最大，此状态为爆破引起滑坡表1爆破质点振动速度测试数据Table.1Test results of blasting induced vibrations测点编号段最大药量/kg 距爆心水平距离/m 距爆心高差/m 距爆心直线距离/m 垂直振动速度/（m ·s -1）1-11-21-31-41-51-62-12-22-32-42-52-63-13-23-33-43-53-64-14-24-34-44-54-65-15-25-35-45-55-66-16-26-36-46-56-67-17-27-37-47-57-639039039039039039021021021021021021031031031031031031041541541541541541529029029029029029027027027027027027023023023023023023060657417026026660657417026026660657417026026660657417026026660657417026026660657417026026660657417026026621215713020522521215713020522521215713020522521215713020522521215713020522521215713020522521215713020522563.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.463.5768.3193.41214331348.48.547.796.072.251.341.296.676.084.751.751.0517.797.15.552.051.221.178.757.986.242.231.371.327.586.925.41.991.191.147.376.715.251.941.161.116.916.34.921.821.091.04JSDV10传感器基岩EXP3850便携式电脑EXP3850DSV图1爆破振动测试系统Fig.1Blasting vibration survey system的最危险状态.2.2水平方向爆破震动加速度a L与边坡安全系数K d的关系计算运动单元法的基本原理是通过一个严格的自动搜索过程，寻找满足约束方程和边界条件的塑性滑动区和最危险滑动面，然后在此基础上求得边坡的安全系数.该方法由三部分组成，即单元运动分析，单元静力分析和求多变量目标函数的极值[6，7].单元运动分析确定单元之间的相对运动方向和作用在单元边界上剪力的作用方向；单元静力分析求出作用在单元边界上的法向力；采用多变量优化求极值分析旨在搜索有最小安全系数（即实际安全系数）的边坡最危险滑动面.当已知边坡某个剖面的单位长度上的容重γ、内摩擦角φ和内粘结力C，可算出a L值，边坡单位长度水平作用力f x及边坡安全系数K d之间的关系.所研究的滑坡体主要岩层以碎粒状粉砂岩为主，线容重平均γ=0.027M Pa/m.弱面的内摩擦角φ= 29.9°，内粘结力C=0.0362MPa.地震系数A d（A d=a L/ g×m，m为爆破动力折算系数，为确保安全，动力系数取0.13进行计算；g为重力加速度，取980cm·s-2），边坡安全系数K d与水平力的关系如表2，表中f x的负号表示水平作用力的方向指向台阶面.2.3临界边坡安全系数[K d]及水平方向临界震动加速度[aL]的确定临界边坡安全系数[K d]的确定应保证边坡在静载和爆破动载作用下留有一定的安全余地，安全系数必须大于1，保证不发生边坡滑移.考虑现场生产的需要，安全系数不能过大，以免对爆破段药量的限制过于保守，给邻近边坡的爆破工作带来过多的困难.针对该硫铁矿露天采场目前的具体情况和类似工程的经验：滑坡体的临界边坡安全系数[K d]取1.0419，对应许可地震系数为5.82.根据以下公式求[a L][A d]=[a L]/g×m.（3）计算可得：[a L]=0.0582×980/0.13=438.74cm·s-2.2.4临界垂直震动加速度与临界水平震动加速度的关系2.4.1单一水平震动条件如图3，滑动面上的单元体受到来自震源的内外方向交替的水平力F震动作用.在水平力F指向台阶面时，单元体受力极限平衡方程F A+F cosα=F B-F sinαtgφ.（4）式中：F A为下滑力，N；F B为抗滑力，N；α为单元体处切线与水平方向夹角，°；φ为为摩擦角，°.在水平力F指向原岩时，单元体受力极限平衡方程：F A-F cosα＜F B-F sinαtgφ.（5）式（5）表明边坡偏于安全，仅考虑（4）式情况下边坡稳定程度.2.4.2单一垂直震动条件如图3，滑动潜在面上的单元体受到来自垂直爆破振动上下方向交替的垂直力f的作用.当f向上时，极限平衡分析单元体受力得到：F A-f sinα=F B-f cosαtgφ.（6）在f向下时，极限平衡分析单元体受力得到：F A-f sinα=F B-f cosαtgφ.（7）（4）式、（6）式、（7）式联立可得F=cosαtgΦ-sinα=tg（α-Φ）.（8）Ff=sinα-cosαtgΦcosα+sinαtgΦ=tg（Φ-α）.（9）因α>Φ，故仅用式（8）作为计算边坡所受水平和垂直力关系的依据.又根据力与加速度的关系可得到：台阶坡面FF A F B滑面α图2滑坡体动力响应分析模型Fig.2Slope dynamic response analysis model表2地震系数与边坡安全系数的关系Table.2R elationship between A d and K df x/（M Pa/m）K d A d/%f x/（M Pa/m）K d A d/%-0.0001 -0.0002 -0.0003 -0.0004 -0.0005 -0.0006 -0.0007 -0.00081.11061.10441.0981.09191.0851.07941.07311.06691.06070.521.061.592.112.643.173.74.23-0.0009-0.001-0.0011-0.0012-0.0013-0.0014-0.0015-0.0016-0.00171.05441.04821.04191.03571.02941.02321.0171.01071.00454.765.295.826.446.897.417.938.479.52台阶坡面fF AF B滑面α图3滑坡体受垂直振动影响分析模型Fig.3Analysis model of slope dynamic response to vertical vibrationfSlope stability under the action of vibrations induced by blastingLIN Daneng 1，TANG Yemao 2，FAN Jinguo 1，YANG Junwei 1（1.School of Energy and Safety Engineering ，Hunan University of Science and Technology ，Xiangtan 411201，China ；2.Jiujiang Vocational and Technical College ，Jiujiang 332000，China ）Abstract ：The vibration transmission regulation of blasting in a high steep slope in certain sulphur-iron is studied through 7times blastingonce detonated by EXP3850blasting induced vibrations analysis system ；M odel of slope's dynamic response to vibrations induced by blasting is given.The relationship between blasting seismic coefficient and slope stability coefficient are established based on kinematics element analysis.The slope's dynamic response to blasting is at its maximum when horizontal acceleration points to the surface of slope.The vertical vibration velocity （15.58cm ·s -1）permitted by the safety of slope is deduced from the study of relationship between horizontal acceleration and vertical acceleration.Formula to determine scaled charge weight is provided to keep slope's stability.Keywords ：blasting induced vibrations ；high steep slope ；stability ；kinematics element analysis[a H ]=[a L ]tg（α-Φ）.（10）α=42°，Φ=30.60°，将以上数据代入式（10）得许可垂直振动加速度[a H ]值：[a H ]=[a L ]/tg （42-29.9）°=2046.54cm ·s -2.2.5临界垂直爆速[V ]值的计算当质点作简谐运动时，质点运动加速度a 与速度V 的关系为a =2πf V.（11）式中：f 为地震波在岩层中传播的平均频率，Hz.根据爆破实测地震波主频f 值，共42个数据，平均值f =20.91Hz.代入式（11）计算可得临界垂直振速[V ]值：[V ]=[a H ]/2πf =15.58cm ·s -1.3边坡稳定性的主动控制控制比例药量能从爆破震动源上控制爆破震动，每次爆破时应根据爆破地点与滑坡体的距离，根据（3）式有：V =109.8766（ρ）1.2001（R/S ）0.7033.（12）式中：ρ为比例药量，ρ=Q 3姨R.将临界垂直振速[V ]值代入式（12）可得到允许比例药量[ρ]值：[ρ]=0.1418·（R/S ）0.7033.（13）每次放炮前，应根据各段起爆中心到边坡的距离关系根据式（13）确定同段起爆最大药量.从该项目在该矿研究以来，用以上公式确定段起爆最大药量，经过近3年的监测，保证了边坡稳定，避免了爆破震动对该边坡稳定性构成的威胁.4结语用运动单元法分析了爆破震动对边坡稳定性的影响，并结合大量监测结果，回归得出了该地区爆破振动传播规律，确定了爆破震动作用下，该边坡保持稳定的临界振动速度.基于对边坡安全和生产需要的考虑，给出了该矿爆破震动控制的有效措施.有效地解决了护坡和生产爆破之间的矛盾.参考文献：[1]刘立平，雷尊宇，周富春.地震边坡稳定分析方法综述[J].重庆交通学院学报，2001，20（3）：83-88.LIU Liping ，LEI Zunyu ，ZHOU Fuchun.The evaluation of seismic slope stability analysis methods [J].Journal of Chongqing JiaotongInstitute ，2001，20（3）：883-88.（in Chinese ）[2]Ling H L ，Cheng ，A D.Rock sliding induced by seismic force [J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences.，1997，34（6）：1021-1029.[3]朱传云，卢文波，董振华.岩质边坡爆破振动安全判据综述[J].爆破，1997，14（4）：13-17.ZHU Chuanyun ，LU Wenbo ，DONG Zhenhua.Safety criteria of rock slope blasting vibration[J].Blasting ，1997，14（4）：13-17.（in Chinese ）[4]王玉杰，梁开水，田新邦.周宁水电站地下厂房开挖爆破地震波衰减规律的研究[J].岩石力学与工程学报，2005，24（22）：4111-4113.WANG Yujie ，LIANG Kaishui ，TIAN Xinbang.Study on redundant regulation of underground digging blasting vibration of Zhouning hydropower station [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ，2005，24（22）：4111-4113.（in Chinese ）[5]李孝林，佟彦军.爆破地震传播规律及其激励特性分析[J].爆破，2004，21（3）：90-92.LI Xiaolin ，TONG Yanjun.Analysis of blasting vibration transmission regularity and promoting characteristics[J].Blasting ，2004，21（3）：90-92.（in Chinese ）[6]曹平，申其鸿.地下水作用边坡稳定性的运动单元法分析[J].中南工业大学学报（自然科学版），2001，32（1）：13-15.CAO Ping ，SHEN Qihong.Kinematics element analysis for the stability of slopes with ground water [J].Journal of Central South University of Technology （Natural Science ），2001，32（1）：13-15.（in Chinese ）[7]曹平，Peter Gussmann.运动单元法与边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报，1999，18（6）：663-666.CAO Ping ，Peter Gussmann.Kinematiical element method and slope stability analysis [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ，1999，18（6）：663-666.（in Chinese ）。

爆破振动作用下边坡稳定性研究
矿山爆破开挖危害及边坡失稳防护一直以来都是爆破安全生产的关键,并一直是釆矿工程和岩石力学等相关学科的基本研究领域。

爆破开挖过程中,边坡失稳是不可避免的一大难题,而爆破开挖时引起的振动会使得边坡发生位移、裂缝,会极大的诱发边坡产生失稳现象,可以说爆破振动引起的边坡失稳性破坏已经成为爆破的首要危害。

本文针对爆破振动下边坡的几种常见失稳形式的特点,通过MATLAB和ANSYS软件,采用强度折减法和时程分析法,在小波分析和去噪的基础上,模拟边坡静力安全系数和考虑爆破作用下的边坡动力安全系数。

结果表明:边坡试验中爆破信号的主频约为10Hz,动力学模态分析的频率最大值仅为
2.1951Hz,说明边坡的固有频率远远小于爆破信号的主振频率,因此不会产生因共振现象而引发的边坡失稳破坏。

在当前爆破条件下,每次爆破振动的直接作用使边坡安全系数降低
5.1%~12.6%,每次的爆破损伤造成边坡的静态安全系数降低了2.91%~8.38%,整个试验结束后,由于连续爆破造成的岩体累积损伤使边坡静力安全系数变化为35.2%。

可以看出,多次爆破条件下,爆破振动对岩体造成损伤来对边坡安全系数的影响比爆破载荷本身对边坡安全系数的影响更大。

爆破振动对边坡稳定性的影响分析云南省红河哈尼族彝族自治州个旧市 661021中国是世界上地质灾害最严重的国家之一，1949-1992年之间滑坡数万处，崩塌数十万处[1]；另据自然资源部统计[2]，2018年1-10月《全国地质灾害通报》中，全国共发生地质灾害2594起，其中滑坡1386起、崩塌758起，占地质灾害总数的82.6%。

蔡美峰教授指出区域构造应力的变化、地震、爆破、地下静水压力和动水压力，以及施工荷载等会坡体直接受力，其影响直接且快速[3]。

张世雄，蒋国安指出，影响露天矿边坡稳定的因素为：岩体结构、矿物组成、水、爆破振动等工程活动因素[4]。

影响露天矿边坡稳定性的因素众多，涉及地质、水文、工艺、系统运行的真实过程以及企业管理等方面，但构建风险模型，利用定性定量风险评估方法，获得诸如系统可靠性、系统组件的重要度排序、人员和财产的损失值以及系统事故后果概率等风险信息，整体上受人为干预和经验影响较大，一般参考意义不大，所以本文单一考虑爆破震动素对边坡稳定性的影响，经震动监测分析爆破震动的影响程度和因素，以找出对爆破方法和参数进行优化的依据，提高开采效益和减弱爆破振动对边坡的累计损伤。

关键词：露天矿边坡；爆破震动；FFT频谱分析一、爆破震动监测图4-9断层上下盘爆破纵波变化率[72]图4-10 215523节点Z方向FFT频谱图[72]图4-11 113841节点Z方向FFT频谱图[72]二、爆破振动的影响分析大型露天矿山生产过程中边坡爆破和地震产生的地震波，使边坡岩体应力在瞬间变化，土、砂颗粒物之间原本存在一定的粘结力，但是当振动波穿过岩体时便可能遭到破坏，含水量大的砂石会出现液化现象，在长期的采掘爆破活动中便对边坡岩体产生积累疲劳效应。

压缩波到达自由面后再岩体内部从自由面开始产生拉伸波，岩体受到拉力作用，使自由面附近岩体中的裂隙扩展、或产生新的裂隙。

在经过结构面时，提供结构面额外的动力。

有研究指出[5]对边坡在降雨和爆破振动影响下的稳定性进行研究，指出爆破振动对边坡稳定性的影响随着爆心距的增大而逐渐降低，在100-300m内，边坡稳定性安全系数减低4%-24.8%。

某矿台阶爆破震动影响分析摘要:露天矿山的爆破作业对矿山台阶的稳定性具有一定的影响,而边坡稳定性是矿山安全生产的基本保证。

因此,需要采取措施监测爆破震动作用对边坡稳定性的影响。

本人以某矿的实际工程地质条件和开采、爆破参数为基础,应用爆破震动监测设备对其爆破作业的震动影响进行了监测与分析。

结果认为爆破震动监测对于预防台阶失稳事故有着重要意义,而且可以指导矿山爆破作业和改进以及台阶维护的重点方向。

关键词:露天矿山台阶爆破震动边坡的稳定性是所有露天矿山安全生产的基本保证,一旦出现滑坡事故,不仅影响矿山的持续生产,而且会造成严重的安全事故。

露天矿山在开采过程中需要进行爆破作业,但是爆破作业对边坡稳定箱的影响较大。

因此,必须重视爆破地震效应对边坡影响,鉴于此,有必要对矿山生产爆破振动效应进行监测。

1 工程概况矿区地势东高西低,海拔3640m～4551m,相对高差911m,地形坡度20°～30°。

开采境界面积2.1662km2,资源储量为22.623t。

矿体地表浮土厚度一般2m～3m,局部可达5m～10m,主要为块石、碎石、角砾与砂土、砂质粘土混杂,未交结、松散,呈散体结构,在厚度大的地段遇雨季浸泡容易顺坡发生崩塌、滑塌、滑坡、泥石流等。

矿体顶板为碳质板岩夹变质砂岩、砂质板岩,层状结构,岩石质量中等。

氧化矿岩质边坡松散软岩类岩石,岩体风化强烈,节理、裂隙发育,碎裂结构、散体结构,岩石质量差,易软化,抗水性、抗风化能力差,工程地质性质很差,边坡稳定性差。

原生矿岩质边坡岩体一般为中—微风化,岩石较为坚硬、完整,节理、裂隙不太发育,块状结构为主,少量为整体状。

2 爆破振动监测2.1 爆破参数台阶微差爆破。

采用361潜孔履带式钻机钻孔,孔径120mm,孔深10m(无超深),台阶高度10m,孔距5m,排距4m,前排抵抗线4m。

此次爆破布两排孔,三角形布孔,共22个孔。

采用直径90mm×长度400mm的特制卷状乳化炸药,单位炸药消耗量0.2～0.25kg/m2,最大起爆段装药量约200kg,总药量约1.1t。

边坡爆破对下伏邻近大型洞室群的振动响应分析及对策近年来,随着我国水电建设逐步向人迹罕至的高山峡谷推进,地质条件复杂,场地狭窄,立体交叉施工,施工难度越来越大,高陡边坡邻近既有大型洞室爆破开挖成为不可回避的问题。

因此研究边坡爆破振动对下伏邻近的洞室影响具有重要的理论意义和现实的工程意义。

本文以长河坝水电站泄洪系统出口边坡开挖为工程背景,通过理论分析、爆破振动测试,线性回归和数值模拟等手段,研究了边坡爆破对既有大型隧洞群的爆破振动响应及控制对策,取得成果如下:(1)通过对边坡爆破对邻近既有不同洞室的爆破振动测试及分析,获得了长河坝出口边坡邻近既有洞室爆破时对邻近洞室振动响应及其特征:邻近洞室振动响应不仅与单响药量和爆心距有直接关系,还与爆区和洞室的空间位置关系密切,爆破位置处于洞身侧上方时,垂直振动速度大于水平,起到主要控制作用;当在洞口前方位置时,水平向振速将起到主要控制作用,而当爆区足够靠近洞脸位置时,三个方向的峰值振速则差异不大。

(2)基于现场测试结果结合数值分析手段及最小二乘法,统计回归出长河坝水电站泄洪出口边坡邻近既有洞室的爆破振动传播衰减规律和爆破振动预测公式:1)边坡临近下伏洞室爆破时,洞室结构测点相对爆破空间位置不同,该测点质点振速响应规律也不同,表现出迎爆侧质点振速远大于背爆侧质点振速,隧洞底板和墙角处振速远小于拱顶位置和边墙上部位置;2)随着爆区高程逐渐接近下方洞室时,竖直方向爆破振速都存高程减小而增加的趋势,而径向和切向的振速需要根据爆区与洞室测点的空间位置具体分析;3)同一高程,爆区逐渐接近洞室群时,对洞室的影响也逐渐增大。

(3)基于边坡爆破对下伏大型洞室振动响应规律,在边坡邻近洞室群开挖过程中,提出了“预裂优先、上下分层、同层分块、控制最大段药量、洞身(脸)加固”的工程控制对策,并在长河坝水电站出口边坡工程进行应用实践,实现了边坡渐变临近大型洞室群的安全顺利下挖。

研究成果表明,边坡爆破对既有大型隧洞群的爆破振动响应是可以控制的,只有认识其爆破振动响应规律,采取必要的对策,就能安全顺利完成了边坡临近既有大型洞室群的开挖施工,有关的成果值得类似工程借鉴和参考。

边坡爆破的振动响应分析与爆破效果参数的预测方法研究边坡爆破的振动响应分析与爆破效果参数的预测方法研究摘要：边坡爆破作为一种常用的岩土工程处理方法，具有快速高效、适用范围广等优势。

然而，爆破过程中所产生的振动响应对周围环境和结构物可能造成严重影响，因此对其振动响应进行分析和预测尤为重要。

本文通过详细调查和研究，总结了目前常用的边坡爆破振动分析方法，并提出了一种基于数值模拟的爆破效果参数预测方法，以期为工程实践提供参考。

1. 引言边坡爆破是一种在岩土工程中常用的爆破处理方法，可以快速有效地实现边坡的破坏与改造。

然而，爆破产生的振动响应可能对周围环境和结构物造成不良影响，因此在进行边坡爆破前需要对其振动响应进行分析和预测。

2. 振动响应分析方法目前，边坡爆破的振动响应分析方法主要有实测分析法、经验公式法和数值模拟法。

2.1 实测分析法实测分析法是通过现场监测仪器对爆破振动信号进行实时采集和记录，然后通过复杂的振动参数计算方法得到爆破振动参数。

这种方法具有直接、准确的特点，但需要现场设备和专业人员，成本较高。

2.2 经验公式法经验公式法是根据大量的实测数据总结出的一些经验公式，可以根据边坡爆破的条件和参数估计出振动响应的一些指标。

这种方法简单快速，但受到实测数据的局限性和适用范围的限制。

2.3 数值模拟法数值模拟法是通过软件模拟爆破过程中的振动传播，可以获得全面且准确的振动响应信息。

目前常用的数值模拟软件有FLAC、LS-DYNA等。

数值模拟法可以考虑多种爆破参数的影响，对于复杂工况具有较好的适用性，但需要准确的工程参数和模型参数。

3. 爆破效果参数预测方法爆破效果参数是对爆破的效果进行评价的指标，包括爆破震动速度、工程陷落量、岩体剥离等。

当前常用的爆破效果参数预测方法主要有经验公式法与数值模拟法。

3.1 经验公式法经验公式法是根据大量的实测数据通过统计分析得到的一些关系式，可以估计爆破效果参数。

但经验公式法受到工况和地质条件的限制，适用范围较窄。

边坡爆破对既有高边坡的振动影响分析
王华
【期刊名称】《福建交通科技》
【年(卷),期】2018(0)2
【摘要】随着山区公路工程的不断建设,研究边坡爆破振动对临近建(构)筑物的影响具有重要意义。

本文结合某公路边坡工程,建立爆破荷载作用下的三维动力有限元计算模型,探讨新建边坡施工在不同距离进行爆破时既有高速公路高边坡的动力响应。

研究结果表明,在较近距离内进行常规爆破施工时,既有边坡爆破振速过大,使既有边坡安全性降低,并产生浆砌片石砌体掉落和开裂的风险。

根据计算确定了常规爆破的安全距离,在安全距离以内,应采用静态爆破或其它有效的爆破减震措施,控制爆破振动速度,以保证临近高边坡的安全。

【总页数】4页(P11-14)
【关键词】边坡工程;高边坡;爆破振动
【作者】王华
【作者单位】福建省交通规划设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TU457
【相关文献】
1.高陡边坡爆破对下方洞室的振动影响 [J], 田少敏;黄训洪;赵伟
2.隧道爆破振动对既有边坡影响探微 [J], 陆广亮;梁海波;刘敏智
3.矿山爆破振动对高陡边坡稳定性影响及控制技术研究 [J], 焦大伟
4.岩石高边坡开挖爆破振动信号处理与振动响应分析 [J], 李鹏;卢文波;乔新明;陈明;严鹏
5.既有高速公路高边坡溜方静态爆破处治分析 [J], 王天传
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