[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

说明书

本申请实施例公开了一种层状岩体掏槽爆破引起的地表振动速度预测方法，用于准确预测层状岩体结构的隧道工程爆破施工引起的地表振动速度。本申请实施例提供的一种层状岩体掏槽爆破引起的地表振动速度预测方法，包括如下步骤：首先计算单个掏槽孔的孔壁峰值压力；构造单个掏槽孔爆破引发的孔壁爆破荷载；计算单个掏槽孔爆破后的粉碎区和裂隙区半径；计算单个掏槽孔爆破的等效弹性振动荷载；确定多孔掏槽爆破的等效弹性边界和等效弹性振动荷载；构建半无限层状岩体多自由度爆破振动模型；建立半无限层状岩体多自由度爆破振动模型的运动方程；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方程进行求解。

技术领域

本发明属于隧道爆破施工技术和爆破振动效应控制技术领域，尤其涉及一种层状岩体掏槽爆破引起的地表振动速度预测方法。

背景技术

在城市轨道工程大规模的建设过程中，使用钻爆法施工的浅埋隧道工程亦越来越多，爆破振动效应问题亦成为隧道爆破施工领域亟待解决的热点和难点问题。

由于装药集中程度高和受岩体夹制作用大，掏槽爆破引起的地表振动强度常常最为剧烈，掏槽爆破引起的地表振动速度预测方法及控制措施因此成为浅埋隧道施工爆破振动效应控制的关键。自然界具有层状构造的岩体占陆地表面的三分之二，较多的隧道及地下工程都涉及层状岩体，层状岩体的爆破作用原理、应力波传播规律及振动响应机理非常复杂。现有的掏槽爆破引起的地表振动速度预测方法一般是基于传播介质简化为单一岩性岩体的基础上提出的，直接应用到不同岩性、不同厚度岩层组合的层状岩体工程中具有很大的局限性，预测的地表振动速度误差较大，进而很难对下一步开展的爆破参数优化和制定爆破振动控制措施起到有效的指导作用。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请实施例的目的之一在于提供一种层状岩体掏槽爆破引起的地表振动速度预测方法，利用该方法可以准确预测层状岩体结构的隧道工程爆破施工引起的地表振动速度。

为此，本申请实施例提供的层状岩体掏槽爆破引起的地表振动速度预测方法，该预测方法包括：

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；