9.4

2514

120.01

6.235

4號

40

9.57

2.8

2602

121.90

2.95

從表1可以看出：在炮孔近區(qū)比例距為10處所取得芯樣的超聲波檢測結(jié)果與爆前相比其衰減幅度明顯要大于比例距為25、40處所取芯樣與爆前相比的衰減程度，并且距離爆源越遠(yuǎn)，衰減程度就越不明顯，在比例距為40處芯樣的聲波速度檢測結(jié)查與爆前相比衰減幅度很小。據(jù)此也可以看出，在距離爆源距離較遠(yuǎn)處雖然并沒有產(chǎn)生明顯的裂紋，但爆炸沖擊作用已經(jīng)在距爆源不同距離處對巖體內(nèi)部質(zhì)量產(chǎn)生了劣化。

（2）沿芯樣徑向波速的變化。對于5號試件利用尖頭換能器，沿試件軸向每隔20mm設(shè)置測試點(diǎn)進(jìn)行測試，實(shí)驗(yàn)時(shí)的測點(diǎn)數(shù)由取芯時(shí)芯樣的長度決定，所以實(shí)驗(yàn)中各個(gè)試樣的測點(diǎn)數(shù)并不相同，將試驗(yàn)結(jié)果繪成波速變化曲線如圖2。



圖2沿芯樣徑向不同位置波速的變化

圖2中的曲線分別表示在比例距為10、25、40處所取得的芯樣的測試結(jié)果。從檢測結(jié)果可以看出，沿芯樣高度方向上爆炸沖擊載荷對巖體力學(xué)特性所造成的改變并不相同，在靠近試件上部自由面以及在裝藥高度附近并且距離爆源較近位置處波速的衰減幅度更大。從圖中還可以看出爆前芯樣上各個(gè)測點(diǎn)的波速基本要高于爆后芯樣的波速。

2.2 強(qiáng)度的演化

對1~4模型試件所取得的芯樣進(jìn)行了單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，表1為模型試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)的幾個(gè)典型試驗(yàn)結(jié)果以及衰減幅度值。根據(jù)表中數(shù)據(jù)同樣可以看出，爆炸沖擊載荷的作用使得巖體的承載力明顯降低，隨著比例距（試件上取芯樣位置的中心與炮孔中心之間的距離L與炮孔半徑R的比值，下同）的增大抗壓強(qiáng)度的衰減幅度也越來越小。在炮孔近區(qū)比例距為10時(shí)單軸抗壓強(qiáng)度衰減幅度非常明顯，最高達(dá)到39.5% 。而在比例距為25、40處芯樣的單軸抗壓強(qiáng)度衰減幅度相對要小得多。隨著距爆源距離的加大，強(qiáng)度的衰減幅度也越來越小，最小達(dá)到2.8%。

3數(shù)值模擬研究

數(shù)值分析方法的應(yīng)用非常廣泛。在眾多數(shù)值計(jì)算方法中有限元法是一種較早、較成熟的巖體數(shù)值分析方法。該程序應(yīng)用限元方法計(jì)算非線性結(jié)構(gòu)材料的動(dòng)力響應(yīng)，采用四節(jié)點(diǎn)單元進(jìn)行離散化，處理軸對稱和平面應(yīng)變問題；作用單點(diǎn)高斯積分，引入沙漏粘性控制零能模態(tài)，并應(yīng)用中心差分法進(jìn)行時(shí)間積分。

3.1 模型建立以及參數(shù)確定

本次數(shù)值計(jì)算是以具體公路工程邊坡爆破為背景建立計(jì)算模型的，模型的具體尺寸以及爆破參數(shù)，如表2所示。

表2模擬邊坡尺寸爆破參數(shù)表

臺階高

度H/m

抵抗線

W/m

堵塞長度h₀/m

裝藥直

徑Ф/mm

裝藥高度h_d+h_z/m

總裝藥

量Q/kg

炸藥單耗q/kg·m ^-3

6.0

1.15

1.15

32

5.6

3.45

0.35

此次數(shù)值模擬的巖石力學(xué)參數(shù)現(xiàn)場取回來的巖樣，經(jīng)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)得到。試驗(yàn)內(nèi)容包括：飽水巖石單軸壓縮試驗(yàn)、巖石單壓縮及變形試驗(yàn)、巖石三同壓縮及變形試驗(yàn)、巖石劈裂試驗(yàn)、巖石聲波測試試驗(yàn)。從試驗(yàn)過程和結(jié)果來看，巖石的碣度較大，強(qiáng)度較高。而且從現(xiàn)場及試驗(yàn)結(jié)果來看，該段巖性較為均一，主要是碎裂狀大理巖，多組巖樣力學(xué)性質(zhì)基本相似，所以在模擬計(jì)算過程中采用的物理力學(xué)參數(shù)取其均值。

3.2 對模擬結(jié)果的分析研究

（1）當(dāng)藥包起爆后0.6ms時(shí)，炮孔內(nèi)壁的最大壓應(yīng)力就達(dá)到1.64Gpa，預(yù)留部分的應(yīng)力隨著距離炮孔的距離的增大而減小，到達(dá)預(yù)留部分的內(nèi)部時(shí)壓應(yīng)力減小到300MPa左右，邊坡巖體內(nèi)部力的作用表現(xiàn)為壓應(yīng)力。

（2）當(dāng)t=1.2ms時(shí)，炮孔內(nèi)炸藥的反應(yīng)已經(jīng)基本完成，此時(shí)巖體內(nèi)的應(yīng)力最大值為833MPa，預(yù)留部分內(nèi)靠近炮孔部位仍然為壓應(yīng)力，在上部自由面處已經(jīng)出現(xiàn)了由地反射拉伸波作用而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力。

（3）當(dāng)t=1.9ms時(shí)，炸藥的爆炸過程已經(jīng)結(jié)束，應(yīng)力波進(jìn)入衰減階段，巖體中的最大壓力為138MPa，預(yù)留部分中靠近炮孔底部的應(yīng)力值最大，達(dá)到了138MPa，靠近上部自由面處的應(yīng)力值較小，邊坡高度在0~5m范圍內(nèi)的預(yù)留部分中的應(yīng)力主要表現(xiàn)為壓應(yīng)力，5~6m區(qū)域即炮孔的中上部區(qū)域主要表現(xiàn)為拉應(yīng)力。

（4）t=3.9ms時(shí)，應(yīng)力進(jìn)一步衰減，壓應(yīng)力最大值為130MPa，拉應(yīng)力最大為280 MPa，爆破預(yù)留部分的巖體中拉壓應(yīng)力的分布與t=1.9ms時(shí)基本相似；

通過對數(shù)值模擬結(jié)果的具體分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)炮孔中炸藥剛起爆時(shí)，炮孔前部自由面處的巖體還沒有破壞，這時(shí)預(yù)留部位所受到的應(yīng)力作用的大小與自由面處巖體受到的應(yīng)力基本相同。同時(shí)隨著最小抵抗線的增大，炮孔內(nèi)峰值壓力維持時(shí)間加長，所以在預(yù)留部分內(nèi)的應(yīng)力作用范圍加大。加長，所以在預(yù)留部分內(nèi)的等效應(yīng)力分布圖中，可以明顯看出由于應(yīng)力波在自由面發(fā)生反射而在巖體內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力。還可以出現(xiàn)壓應(yīng)力作用的區(qū)域主要集中在裝藥高度的范圍，在上部自由面附近巖石主要表現(xiàn)為拉伸破壞。以上這些與前面室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。

4結(jié)論

（1）由于爆炸沖擊載荷的作用造成巖體的抗壓強(qiáng)度降低，進(jìn)而直接導(dǎo)致承載能力降低，炮孔近區(qū)比例距離為10的部位降低幅度最大，達(dá)到了39.5%，而在比例距為40的部位降低幅度最小只有2.8%。

（2）巖體經(jīng)過爆炸沖擊載荷作用后由于超聲波傳播條件劣化，導(dǎo)致超聲波傳波速減小。在距離爆源近區(qū)比例距為10的部位波速衰減幅度非常顯著，衰減幅度最大達(dá)到13.61%，而在比例距為40的部位衰減幅度最小只有2.95%。在高度方向上，接近上部自由面以及裝藥高度位置附近波速的衰減幅度要高于其它位置波速的衰減幅度。

（3）采用數(shù)值計(jì)算的方法對具體的邊坡工程中的爆破進(jìn)行了研究，通過對整個(gè)爆破沖擊整個(gè)過程的模擬，可以看到邊坡內(nèi)部應(yīng)力場的發(fā)展趨勢對巖體所造成的破壞與模型試驗(yàn)結(jié)果的趨勢相同。