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原文传递软岩建基面开挖的光面爆破技术应用研究

论文题名：	软岩建基面开挖的光面爆破技术应用研究
关键词：	软质岩体;光面爆破;数值模拟;软岩建基面;锚碇基坑
摘要：	爆破技术以其灵活、方便、快捷、经济的特点在大坝基础、核电站基础和大型桥梁锚碇基础等工程的建基面开挖中得到了广泛应用，但是采用爆破方法可能会损伤建基面的基岩，如何削弱乃致消除爆破作用对基岩的损伤扰动、使爆破开挖后的基岩满足工程要求就成为施工质量控制的一个关键问题。为此，相关研究提出了预留保护层的一次成型光面爆破技术，并成功应用于中等硬度及其以上岩体的建基面开挖。但对于机械方法难于开挖的软岩建基面采用该技术是否可行，如何选取和调整相应的爆破参数，这些问题随着软岩基础的广泛采用而迫切需要解决。　　本文通过理论分析-数值模拟-现场试验三者相结合的研究方法，探讨了光面爆破在软岩建基面爆破中的应用可行性及其相关的控制技术与方法。首先运用爆炸动力学、空气动力学、土力学等理论，建立软岩爆破模型，从理论上推导了岩石爆破损伤范围、相邻炮孔之间的爆生裂缝长度计算公式。随后利用ANSYS/LS-DYNA对爆破时岩石断裂过程进行了数值模拟，通过对数值模拟结果和理论计算结果的对比分析，阐明数值模拟分析的可行性。最后结合南溪长江大桥的现场爆破试验结果，分析了理论解析公式和数值模拟结果在实际工程中应用的可能性，给出了相关爆破设计参数。　　针对软岩建基面爆破时的扩腔作用会造成建基面岩体损伤范围过大的问题，应用爆生气体等熵绝热膨胀理论，建立了光面爆破软岩建基面的准静态力学模型，导出了炮孔扩腔后的爆腔半径及准静态压力计算公式。随后分析了爆生气体对岩石的拉裂作用，推得了围岩损伤范围与炮孔线装药密度的定量关系公式。进一步的分析研究发现，软弱基岩的损伤范围随着炮孔线装药密度增大而增大，但当炮孔线装药密度较小，炮孔不发生扩腔时，基岩的爆破损伤裂缝长度的增大速率较大。理论公式结合实际岩石参数，可设计计算爆破参数，包括炮孔参数、炮孔间距、保护层厚度(即最小抵抗线)、炮孔的装药量等。　　使用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型，对建基面相邻孔爆破断裂过程进行数值模拟研究，分析了岩石爆破损伤范围的影响规律。通过对不同线装药密度和炮孔间距的光面爆破模拟，获得了线装药密度和炮孔间距对环向裂隙长度的影响规律。通过改变线装药密度的大小后得到的模型结果发现，数值模拟和理论推导得到的规律基本相同，围岩损伤范围随着线装药密度的增大而增大，基本呈线性关系，且线装药密度较小时，增大率比较大。通过控制线装药密度不变，改变炮孔间距得到的模型结果发现，环向裂隙长度随炮孔间距增大变化分两段，当炮孔间距较小时，环向裂隙长度随炮孔间距增大而减小，而当孔间距增大到一定值时，围岩损伤范围值不随炮孔间距改变而改变。　　以南溪长江大桥锚碇基坑的建基面开挖工程为依托，进行了3次建基面光面爆破试验，按照本文提出的软岩光面爆破理论和爆破试验效果对爆破参数进行了优化调整，给出了较合理的爆破参数。并通过理论计算、数值模拟和试验结果的对比研究分析发现，使用理论推导公式的围岩损伤范围的值比实际值要大，且线装药密度越大，两者的误差越大。但理论值和试验值的误差较小，一般小于10%，线装药密度越小，误差越小。数值模拟的结果与试验值的误差小于6%，误差极小，模型建立比较成功。验证了本文给出的理论公式的正确性和数值模拟的可行性。
作者：	韩龙俊
专业：	岩土工程
导师：	张继春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文