布沼坝西帮爆破荷载作用下的稳定性数值模拟研究

论文摘要

矿产资源的露天开采必然形成大量的高陡边坡,开挖过程中除了坡体本身在自重作用下的滑移变形以外,如雨水冲刷、机械施工、爆破振动及天然地震等动荷载对已形成边坡的稳定性也将产生重要影响。边坡在这些因素影响下的动力响应规律一直是岩土工程界十分关心却又迟迟未能有效解决的问题。其中爆破荷载对边坡稳定性的的影响,又是生产中需要密切关注的热点问题。位于云南省开远市的布沼坝露天煤矿是小龙潭矿务局的主要生产矿坑,在其西帮上早已形成的拉张裂缝,正在不断增多和加长。本文围绕《布沼坝露天煤矿西帮抢险治理工程爆破方案设计与关键技术研究》的课题展开,针对西帮区域治理工程中削坡减载的爆破方式,在边坡上布置关键监测点,监测爆破过程中振动速度,搜集大量的现场数据。根据监测结果数据,验证了西帮边坡清帮爆破设计参数的合理性,并通过对部分爆破振动监测数据的统计分析,总结得到爆破振速的特点及公式。本文采用目前边坡动力稳定分析中应用较为广泛和有效的动力有限元法,运用FLAC3D数值模拟软件,建立了能够反映主要地质构造的三维岩石边坡数值模型。计算分析以后,可以查看任意考察点的动力响应参量数值,包括质点振动速度、位移、加速度等；显示边坡体内任意位置的应力、应变和变形等的时程曲线,查看分布情况。通过对比分析不同水平高度的监测点的速度峰值,可以得出爆破荷载作用下边坡质点的速度随离开爆源距离的增大呈递减趋势；通过不同时刻的应力分布图以及计算中所跟踪质点的位移时程曲线,可以得到边坡的应力变化情况和位移规律。通过对统计的数据进行比较分析,可以发现随着边坡高度的增加,速度和位移均出现了放大作用,这一现象可以反映边坡动态响应分析中速度、位移等的分布规律。将数值计算结果与实测的数据进行比较,基本与实测值变化趋势相符合,表明了将FLAC3D数值模拟软件用于布沼坝西帮边坡的抢险治理工程中,对爆破荷载作用下西帮边坡的动态响应规律研究是可行的。本文的模拟研究成果更充分具体的说明了目前阶段西帮边坡的爆破施工方案是可行的,对已经形成的边坡稳定性影响不大,该研究成果对保证边坡安全具有较好的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外对爆破振动的研究
• 1.2.2 爆破振动强度衡量标准
• 1.2.3 延迟间隔时间对爆破震动的影响
• 1.2.4 边坡动力响应的数值分析现状
• 1.2.5 边坡动力分析的不足点
• 1.3 研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法与步骤
• 第二章 爆破震动监测与分析
• 2.1 工程地质条件
• 2.1.1 布沼坝采场地形特征
• 2.1.2 西帮边坡岩体工程地质特征
• 2.1.3 西帮边坡岩体软弱结构面特征
• 2.2 西帮边坡滑移破坏模式及计算剖面选取
• 2.3 布沼坝西帮爆破参数整理
• 2.4 西帮爆破振动监测与分析
• 2.4.1 爆破测振仪简介
• 2.4.2 测点布置
• 2.4.3 K、α值的计算方法
• 2.4.4 振速统计与回归结果
• 2.5 边坡爆破振动安全控制标准
• 2.6 本章小结
• 第三章 布沼坝西帮数值模拟研究
• 3.1 FLAC3D数值模拟简介
• 3.1.1 FLAC3D程序简介
• 3.1.2 FLAC3D的特点及使用特征
• 3.1.3 FLAC3D的求解过程
• 3.1.4 FLAC3D的应用范围
• 3.1.5 FLAC3D的不足
• 3.2 计算模型及网格划分
• 3.2.1 模型的选定
• 3.2.2 建模的步骤
• 3.3 边界条件的设定
• 3.4 阻尼的选取
• 3.5 爆破震动荷载的施加
• 3.5.1 FISH函数
• 3.5.2 TABLE命令定义的表
• 3.6 简化模型试算
• 3.7 本章小结
• 第四章 爆破荷载下布沼坝西帮的动态响应
• 4.1 静力分析
• 4.2 动态响应分析
• 4.2.1 应力场分布
• 4.2.2 速度响应
• 4.2.3 位移响应
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间的学术成果