[发明专利]一种层状岩体掏槽爆破引起的地表振动速度预测方法

权利要求书

1.一种层状岩体掏槽爆破引起的地表振动速度预测方法，其特征在于，所述预测方法包括：

步骤1、计算单个掏槽孔的孔壁峰值压力P_max；

步骤2、依据计算得到的孔壁峰值压力，构造单个掏槽孔爆破引发的孔壁爆破荷载P(t)；

步骤3、计算单个掏槽孔爆破后的粉碎区半径和裂隙区半径；

其中，粉碎区半径的求解式如下：

裂隙区半径的求解式如下：

式中：σ_cd、σ_td分别为岩体的动态抗压强度和动态抗拉强度；μ为岩体的泊松比，r₀为炮孔半径；

步骤4、计算单个掏槽孔爆破的等效弹性振动荷载；

步骤5、确定多孔掏槽爆破的等效弹性边界和等效弹性振动荷载P_E(t)；

步骤6、构建半无限层状岩体多自由度爆破振动模型；

将内含圆形等效弹性爆破振动荷载的半无限层状岩体等效为不同厚度岩层组成的以层状结构面作为层间分割的多层弹性半空间体系，爆源所在岩层记为L₀，自爆源往上的不同岩层依次记为L₁，L₂，…，L_i，…，L_n，对应的岩层高度分别为h₁，h₂，…，h_i，…，h_n；

采用结构离散化方法，沿通过等效弹性边界圆心的中轴线对称取各岩层层面，统一取岩层厚度为单位厚度，将各岩层重力荷载集中于质心，假定这些质点由无重量的弹性直杆支撑于地面，即构建成了半无限层状岩体多自由度爆破振动模型；

半无限层状岩体多自由度爆破振动模型的激励荷载为多孔掏槽爆破的等效弹性振动荷载传播至岩层L₀和L₁的分界面的荷载，记为F_e(t)，表达式如下：

式中：r_L0为岩层L₀和L₁的分界面至多孔掏槽爆破的等效弹性边界圆心的距离；

半无限层状岩体多自由度爆破振动模型中，每层岩体的质量为：

式中：r_Li为岩层L_i和L_i+1的分界面至多孔掏槽爆破的等效弹性边界圆心的距离；ρ_i为岩层L_i的密度；

步骤7、建立半无限层状岩体多自由度爆破振动模型的运动方程；

根据D′Alembert原理，建立多孔掏槽爆破作用下半无限层状岩体多自由度爆破振动模型的运动微分方程：

式中：M为质量矩阵，

K为刚度矩阵，

其中：E_i为岩层L_i的弹性模量，h_i为岩层L_i的岩层高度，A_i为岩层L_i质心处的截面面积，C为阻尼矩阵，C＝αM+βK，其中α＝4π(ξ₁T₁-ξ₂T₂)/(T₁²-T₂²)，β＝T₁T₂(ξ₂T₁-ξ₁T₂)/π(T₁²-T₂²)，T₁、T₂分别为多自由度弹性体系的第一、第二自振周期，ξ₁、ξ₂为对应自振周期的阻尼比；

步骤8、采用时程分析法对半无限层状岩体多自由度爆破振动模型的运动微分方程进行求解,所得的顶层质点的速度响应即为层状岩体掏槽爆破引起的地表振动速度。