爆破对两河口地下厂房开挖的稳定性影响分析

作者简介： 周广峰 （９ ２一） 男， １８ ， 山东菏泽人 ， 在读硕 士， 主要从 事岩 土工程数值分析 ， Ｅ—ｍ ｉ ｇｎｒ］ ｆ ６ ．ｏ ａｌ ｅｅａ ｇ＠１３ ｃｍ； ： ｚ
张建海（９ ８ ， 河南人 ， 士生导师， １ ６ 一） 男， 博 教授 ， 主要从 事岩土工程数值分析 ， ｍ ｉｚ２ ７ ６ ，ｅ Ｅ— ａ ： ５ ＠２ ３ ｎｔ ｌ３ 。
（ ．四川大学水电学院 ， 都 １ 成
摘
锋２张建海 ，
６０ ７ ） １ ０ ２
６ ０ ６ ； ．中国水 电顾问集 团成都勘测设计研究 院， 都 １０ ５ ２ 成
要 ： 破 荷 载 对 地 下 厂 房 的 变形 和 稳 定 性 的 影 响研 究是 地 下 工 程 的 一 个 难 点 问题 。 结合 两 河 １水 电 站 地 下 厂 爆 ： ２
中图分类号 ： ５ ２ ＴＶ ４
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ １ ０ Ｘ（０ ８ ０ —０ ５ —０ １０ —４ ８ ２ ０ ）３ ０ ５ ４
Ｃ。 —— 纵波 波速 ；
１ 刚 舌
Ｑ— — 装药 量 ，ｇ ｋ； ｐ— —装 药 密度 。 。
对于大型地 下洞室施 工 的开挖 ， 通常采 用 的手 段
５ ５
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红水河 ２０ 年第 ３ ０８ 期
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一 口
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（ ２ ）
维有限元研究对象 ， 在该剖面断层 ｆ 斜穿尾水调压 ｌ 】 室上部 Ｘ方向截取长度共 ３０ ４ｍ； ４ ． 铅直 向 ｙ底 部取至 ２５０ｍ高程 ， ０ 顶部延伸至山顶。 根据设计单位提供 的地质剖面 ， 严格模拟岩层 界面 、 地形、 １ 和主要裂隙。岩体均采用二维 ４ ｆ 断层 １
ｒ Ｄ １６
图 １ 爆 破 面 力 计 算 示 意 图
３ 开挖过程模拟
洞 室 的开挖效 应 一方 面体现 在开挖 岩块 的刚 度
消失 ， 另一方面将解除开挖岩块对围岩的变形约束 ，
挖荷 载包括 开挖 荷 载 和 爆破 荷 载 ， 因此 在计 算 地 下 洞室 的稳 定性 的影 响时 ， 必要 考 虑爆 破 荷 载 的影 有 响 。在模 拟计 算 过 程 中 ， 首先 由初 始 应 力 场 。确 ， 定第 ｉ 开挖边 界 上 的开挖释 放面力 荷载 ： 级
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第２ ７卷第 ３ 期 ２０ ０ ８年第 ３期
红水 河
Ｈｏ ｇ ｈ ｉ ｖ ｒ ｎ Ｓ ｕ ｅ Ｒｉ
Ｖｏ ． ７． ． １ ２ Ｎｏ ３ Ｎｏ． ２ ｏ ３． ０ ８
爆破对 两河 口地下厂房开挖的稳定性影响分析
周广峰 武世 婷 蒋 ， ，
为： ＝ａ ＋Ａ ｉ Ｏ ａ ｑ ＝ｑ 一 ＋Ａ ｉ ｉ１ ｑ （） ３ （） ４
节点等参实体元及其退化单元模拟。锚杆和锚索均 按杆单元模拟 ， 不仅计入其刚度贡献 ， 而且计入 了锚
固作用对岩体参数 的提高作用。二维计算模型共计 离 散为 １ ６ 节点 和 １ ９ ６０ ３个 ８４ ５个单 元 。如 图 ２所 示 。本 次 计 算 取 值 ： ＝ ０ ２ ， ＝ ０ ０５ ｂ＝ ．５ ａ ． １，
对地下洞室的影 响是一个重要 的研究课题 。
２ 爆 破荷 载计 人
本次研 究将爆 破 压力 简化 为作 用转 化 为拟静 力荷 载 ， 将爆 从 而在有 限元开 挖计 算过 程 中计 人爆 破 的影响 。基 本 思路为 ： （）依 据文 献 ［ ］ １ ２ 对重 复 爆炸 作用 的研 究 ， 爆 距 破 中心距离 为 Ｒ 处 ， 其爆 破 压力 服从 指 数规律 ：
Ｐ 。ｌ ｃ赤 ；
其 中 卜
口— —
ｊ
（ 致使 围岩产 生附加 位移 场和 附加应 力场 。洞室 的开 １ ）
动力 效应 折减 系数 ；
常数 ；
６ — 小于 ０的系数 ； —
ｐ— — 岩体密 度 ； ０
收 稿 日期 ：０ ８一Ｏ ２０ １—２ ； 回 日期 ：０ ８—０ ８修 ２ｏ ３—２ ４
其中 ——释放荷载系数 ； Ｎ——有限元形函数 。 第ｉ 级开挖对第 ｉ 级 以前的开挖 面的爆破 一１ 影响荷载按式 （） １计算。
由第 ｉ 级开挖释放荷载作用形成的洞室围岩第
ｉ 附加位 移场 和 附加 应力 场为 △ 和 Ａ ｌ 级 ａ。 第 ｉ 开挖 完成 时 围岩 的 ｉ 级 次应 力场 和位 移 场
在常规有限元开挖计算分析中， 却很难计人爆破的影 响而忽略爆破对岩体变形 的影 响。大量工程监测 资料 成果表明 ， 爆破对围岩 的影 响是很 明显 的。因此 ， 在地
下 洞室开挖过程 中 ， 必须将 围岩 因爆 破带来 的影 响控
ｆ 级爆 破荷载
制在 没计要求 的允许范围内。如何确 定减小爆破振 动
房开挖爆 破工程 以及爆破 实验理论 ， 出了将爆破动 力荷载 转化为拟静 力荷 载的计 算公 式， 提 对爆破 作用 下的两河
口地下厂房进行 了模拟 。对 比分析表 明 ， 算方 法可以较好的模拟爆破 对地 下洞室整体稳 定性 的影 响。 计
关键 词 ： 爆破 荷 载 ； 定性 ； 河 １水 电站 稳 两 ： ２
仍是爆破法 。实施爆 破作业 时不可避 免地对邻 近既有 洞 室和开挖洞 室本身产生 不利 影响 ， 引起 地下洞 室岩 石力学 性 质 的劣化 ， 如原 有裂 隙 的扩 张 、 裂 隙 的产 新 生、 岩体声波速 度 的降低 、 渗透 系数 的增 大等 。然 而 ，
（）在进行第 ｉ ２ 级开 挖计算 时 ， 计算 开挖 面上各 点与第 ｉ 级开挖面的距离 ， 带人式 （）计算第 ｉ １， 级开挖 爆破对开挖面的面力作用 。计算所 得压力 Ｐ的单位为 Ｐ ， 向拉力 的形式作用于洞壁 ， ａ以法 如图 ｌ 所示 。