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爆炸荷载作用下岩体损伤特征及安全阈值研究

夏祥

   论文以广东岭澳核电站二期基础爆破开挖工程为基础,在现场实施了全程实时爆破振动监测,并对其中四次基岩爆破进行了爆前爆后岩体声波试验。在此基础上,利用核电站现场岩体的基本物理力学特性和爆破设计参数,对岩体的爆炸荷载、爆炸荷载作用下的岩体损伤特征和岩体质点振动速度及其峰值衰减规律分别进行了数值模拟,得到了岩体损伤范围和振动速度的关系,由此确定了在岩体的损伤范围一定的情况下,距爆源一定距离处岩体质点振动速度的安全阈值。 根据岭澳核电站现场岩体的物理力学特性和施工爆破参数,作者利用材料的Von Mises破坏准则,通过显式动力分析方法模拟了岩体在爆炸荷载作用下的破裂过程,分析了岩体爆破裂纹产生和扩展的机理,得到了岩体粉碎区和裂隙区的范围,认为岩体爆破粉碎区的半径为装药半径的3倍左右;裂隙区半径约为装药半径的70倍。同时,通过不同的岩体爆炸模型获得了爆源近区岩体质点压力、速度及其衰减规律,并与理论结果进行了比较,得到了岩体爆炸荷载随爆破装药量的变化趋势。 以岭澳核电站十次爆破试验和所有正式爆破的岩体振动速度监测结果为基础,论文根据施工现场的地质特征和岩体特性参数,运用离散元方法模拟了不同的爆炸荷载作用下岩体的振动速度,并与现场监测结果进行了比较,得到了岩体质点振动速度的衰减规律。结合装药量的变化,确定了距爆源一定距离处的振动速度随装药量的变化规律。结论认为质点峰值振动速度在爆源近区迅速衰减,其衰减速度远大于爆源远区的衰减速度,并且爆源中远区岩体质点垂直向振动速度大于水平向振动速度,速度量值随装药量增大而增大。 同时,在现场进行了4组岩体爆前爆后的声波试验,得到了爆炸前后岩体声波波速变化率。根据波速变化率与岩体损伤之间的关系,求得了岩体的损伤范围。以此为基础,利用FLAC3D程序的莫尔-库伦材料模型,计算了不同装药量情况下的岩体损伤范围,并与现场实测结果进行了比较,确定爆炸荷载作用下岩体损伤门槛值Dcri=0.2,由此得到了岩体损伤范围随装药量的变化规律。结论认为,爆孔围岩中,在装药深度范围内岩体损伤程度最严重,爆孔底部以下岩体损伤变量急剧减小;并且爆炸荷载作用下的岩体损伤深度小于损伤区半径,二者比例约为1:3;岩体损伤范围随药量的增大而增大。 岭澳核电站现场爆破施工中,为保护下卧基岩的完整性,要求爆炸荷载作用下岩体损……   
[关键词]:安全阈值;爆破振动;损伤;岩体;核电站;3DEC;FLAC;DYNA
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)2006年