坝基开挖爆破的岩体损伤试验研究

论文摘要

水工建筑物基础开挖爆破后,在开挖轮廓线附近的表层岩体,一般都会因为受到爆破作用而形成一定深度的损伤破坏层。研究该损伤层的破坏程度,可为水工建筑物的稳定性评价、安全加固及坝基的防渗效果分析提供有益的参考依据。本文结合某电站大坝爆破开挖及建基面声波检测实例,利用FLAC3D软件对爆破过程进行了数值模拟,分析了多孔爆破情况下岩石的损伤规律,给出了减少坝基爆破损伤的方法。论文主要进行了以下工作：1、根据岩石爆破理论模型及计算研究的发展历程,分析了目前的岩石爆破理论模型的特点。重点介绍了爆破损伤模型,并评述了各模型的特点和不足之处。2、结合电站大坝建基面爆破开挖,采用声波检测法对建基面开挖质量进行了声波测试,确定了爆破损伤影响范围,评价了建基面岩体开挖质量。在各测试剖面中,损伤带和原岩体的分界比较明确,但波速分界值只能由各自的孔深—波速曲线的转折趋势来划定,划分点的波速值不能套用来划分其它测试剖面。3、利用测试得到的声波数据,对波形、波幅、主频、波速等波形参数的变化规律进行了分析。通过分析发现,随着孔深的增加,波形由没有规律变得逐渐规律,波幅、波速也逐渐增大,主频开始向高频部分移动。但在局部由于岩体的变化存在波动。4、采用数值模型,进行损伤范围的确定。利用FLAC3D的动力分析特性,进行了多孔爆破情况下的模拟,分析了累积损伤的发展规律。随着爆破次数的增加,岩石受到的损伤也越来越严重,周边孔的爆破对临近的区域也存在影响。这种影响随着距离的增加在不断减小,在一定范围之外可以忽略。5、针对如何减少大坝建基面的损伤程度,进行了数值模拟,并根据类似工程经验,结合现场的实际情况,提出了施工建议。本文紧密结合实际工程,通过理论分析、现场测试和数值计算工具,对多次爆破荷载作用下岩体的累积损伤效应进行了研究,为研究频繁爆破作业条件下岩体工程稳定性问题提供了一个有效的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 爆破损伤问题的提出
• 1.2 研究意义
• 1.3 本课题的研究现状
• 1.4 本课题的研究及方法
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究方法
• 第2章 岩石爆破理论模型
• 2.1 弹性理论模型
• 2.2 断裂理论模型
• 2.3 爆破损伤模型
• 2.4 爆破损伤分形模型
• 2.5 岩体爆破损伤变量
• 2.5.1 基于相对损伤变化的损伤变量
• 2.5.2 基于弹性模量变化的损伤变量
• 2.5.3 基于分形维数变化的损伤变量
• 2.5.4 基于纵波波速变化的损伤变量
• 2.6 岩石爆破损伤统计模型
• 2.7 爆破模型存在的问题
• 第3章 现场声波测试
• 3.1 引言
• 3.2 岩体声波传播
• 3.2.1 声波测试原理
• 3.2.2 岩体损伤对声波传播速度的影响
• 3.2.3 岩体损伤判定标准
• 3.3 现场测试
• 3.3.1 检测仪器
• 3.3.2 测试方法
• 3.3.3 测点布置
• 3.4 测试结果
• 3.5 频谱参数规律分析
• 3.5.1 波形变化规律
• 3.5.2 波幅变化规律
• 3.4.4 主频变化规律
• 3.4.5 岩体完整性评价
• 3.5 本章小结
• ·第4章爆破损伤数值模拟
• 4.1 引言
• 3D动力计算特性'>4.2 FLAC^3D动力计算特性
• 3D动力分析的主要特性'>4.2.1 FLAC^3D动力分析的主要特性
• 4.2.2 阻尼设定
• 4.2.3 边界条件设定
• 4.2.4 动荷载输入
• 4.2.5 模型网格划分尺寸
• 4.2.6 本构模型的选取
• 4.3 爆破参数
• 3D数值计算模型'>4.4 FLAC^3D数值计算模型
• 4.4.1 计算模型与计算参数
• 4.4.2 初始条件与边界条件
• 4.4.3 爆破荷载的确定
• 3D模型'>4.4.4 岩体爆破损伤的FLAC^3D模型
• 4.4.5 模型计算参数的选取
• 4.5 模拟结果分析与讨论
• 4.5.1 单孔损伤的形成和发展分析
• 4.5.2 群孔损伤的形成和发展分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 建基面质量控制
• 5.1 工程施工技术要求
• 5.2 损伤控制措施
• 5.2.1 设置孔底柔性垫层
• 5.2.2 开挖台阶高度的影响
• 5.2.3 不同炸药爆速的影响
• 5.3 孔壁压力计算
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目和发表论文情况
• A 发表的学术论文
• B 参与的科研项目