节理岩体边坡爆破动力稳定性分析研究

论文摘要

本文针对爆破荷载下节理岩体边坡动力稳定性问题这一当前边坡工程中的难点问题，在爆破荷载模型，波在节理处的传播特性，爆破下岩体边坡的稳定性分析评价、爆振波对预应力锚索的影响等四个方面展开室内模型试验、模拟试验、现场试验，数值仿真分析研究，取得了以下几方面的成果。 (1)分析了目前爆破荷载模拟方法的不足，提出了一种根据现场的爆源参数反演确定炮孔壁的爆炸动应力时程曲线，考虑岩体参数对爆破荷载影响的爆压动力学新模型。并与实测资料相对比，验证了该模型的可靠性与精确性。 (2)分别应用模型实验与数值试验方法对爆振波在裂隙滑动面处的传播特性进行了系统研究，得到了爆振波在断层结构面的传播规律与衰减特性。 (3)在分析了爆破动力荷载作用下的边坡动应力、动变形特性和动安全系数变化特征的基础上，提出了边坡在爆破动力荷载下整体稳定性与局部稳定性的评价方法。 (4)针对不同岩体阻尼条件与布设距离不同爆破荷载条件下预应力锚索的动态响应规律进行了系统的数值试验研究，得到了岩质高边坡预应力群锚的爆破动应力变化规律，提出了安全预应力锚索在爆破条件下的安全施工措施与指标。 (5)针对小湾饮水沟岩质边坡，拉西瓦水电站左岸Ⅱ#变形体两个具体的工程实例进行了爆破动力稳定性分析，得到了一些有益的结果，提出了一些有益的工程施工原则，对类似的工程可作参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 爆破理论的研究现状
• 1.2.1 爆破理论的萌生阶段
• 1.2.2 爆破理论的形成
• 1.3 爆破振动效应的研究现状
• 1.4 应力波在节理岩体中传播的研究现状
• 1.4.1 应力波理论的发展及应用
• 1.4.2 岩体中应力波理论的发展与现状
• 1.5 岩质边坡动力稳定性分析方法
• 1.5.1 地震下岩质边坡动力稳定性分析方法
• 1.5.2 爆破荷载作用下岩质边坡稳定分析
• 1.6 本文的研究思路、内容、步骤
• 1.6.1 本文主要的研究思路
• 1.6.2 本文的研究内容
• 2 边坡爆破荷载模型分析
• 2.1 引言
• 2.2 爆破荷载的统计分析方法
• 2.2.1 振速峰值回归公式的推求
• 2.2.2 确定加速度峰值与振速峰值的转换关系
• 2.2.3 典型加速度时程的确定
• 2.3 爆破荷载的正、反演理论分析方法
• 2.4 炮孔壁压力分析模型方法
• 2.4.1 初始冲击压力
• 2.4.2 炮孔内爆生气体压力
• 2.4.3 爆破荷载的数值模型
• 2.5 本文采用的爆破荷载模型
• 2.5.1 柱状装药下炮孔壁压力简化模型
• 2.5.2 岩体内冲击波的衰减
• 2.5.3 柱状装药下应力波的衰减
• 2.5.4 应力波上升时间和作用时间
• 2.6 算例
• 3 爆振波在岩体结构面上的传播特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 无限弹性介质中波动方程
• 3.3 弹性应力波在自由边界的反射
• 3.3.1 纵波在自由边界的反射
• 3.3.2 横波在自由边反射
• 3.3.3 纵波在自由边界反射后的应力值
• 3.4 贯通结构面上的波传播特性
• 3.4.1 高强度结构面处应力波的反射与透射
• 3.4.2 低强度结构面处应力波的反射与透射特性
• 3.5 应力波与由节理刚度系数描述的岩石界面的相互作用
• 3.5.1 任意入射角度情况
• 3.5.2 应力波垂直入射情况
• 3.5.3 小结
• 4 爆破应力波在非贯通裂隙面上的传播特性试验研究
• 4.1 试验条件与方法
• 4.1.1 试验设备及测试方法介绍
• 4.1.2 模型材料选取
• 4.1.3 试样制备及养护
• 4.1.4 有关预备试验
• 4.2 试验方案
• 4.2.1 试验研究裂隙长度（连通率）对应力波幅值及波速影响
• 4.2.2 试验研究裂隙倾角对应力波幅值及波速的影响
• 4.2.3 试验研究裂隙密度对应力波幅值及波速的影响
• 4.2.4 试验研究裂隙宽度（厚度）对应力波幅值及波速的影响
• 4.2.5 试验研究单条连续和单条断续裂隙对应力波幅值及波速的影响
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 不同长度裂隙试样试验结果及分析
• 4.3.2 不同倾角裂隙试样试验结果及分析
• 4.3.3 不同排数（密度）裂隙试样试验结果及分析
• 4.3.4 不同裂隙宽度裂隙试样试验结果及分析
• 4.3.5 连续与断续裂隙试样试验结果及分析
• 4.4 试验规律分析
• 4.5 数值仿真模型及方案
• 4.5.1 有限元计算模型
• 4.5.2 研究方案
• 4.6 数值试验结果与分析
• 4.6.1 不同长度裂隙试样仿真结果及分析
• 4.6.2 等长度不同倾角裂隙试样仿真结果及分析
• 4.6.3 不同排数（裂隙密度）裂隙试样仿真结果及分析
• 4.6.4 断续与连续裂隙试样仿真结果与分析
• 4.7 小结
• 5. 岩质边坡的动力稳定性探索
• 5.1 边坡爆破产生的动应力场和变形场特性
• 5.1.1 边坡动应力特性
• 5.1.2 边坡的动变形特性
• 5.2 边坡稳定性评价方法
• 5.3 边坡在爆破开挖下整体稳定性的评价方法
• 5.4 边坡在爆破开挖下局部稳定性的评价方法
• 5.5 边坡动稳定性数值分析成果与监测数据对比
• 6. 爆破应力对边坡预应力锚索的影响研究
• 6.1 前言
• 6.2 数值仿真试验模型及方案设计
• 6.2.1 试验条件
• 6.2.2 各种材料的模拟模型
• 6.2.3 数值仿真分析条件
• 6.2.4 数值试验方案
• 6.3 成果分析
• 6.3.1 单锚不同部位瞬态张拉力增量峰值沿锚索全长分布规律
• 6.3.2 单锚锚头处瞬态张拉力增量随时间变化规律
• 6.3.3 群锚锚头处瞬态动张拉力增量峰值沿高程分布规律
• 6.4 结论
• 7. 工程实例分析
• 7.1 小湾饮水沟堆积体边坡爆破稳定性分析
• 7.1.1 数值仿真模型及方案
• 7.1.2 饮水沟堆积体边坡支护措施及支护参数
• 7.1.3 荷载组合及方案设计
• 7.1.4 动力稳定性结果分析
• 7.1.5 减小爆破振动对边坡破坏的措施和方法
• 7.2 拉西瓦水电站工程左岸II#变形体爆破动力稳定性分析
• 7.2.1 有限元数值分析模型与分析方案
• 7.2.2 岩体及结构面的物理力学参数
• 7.2.3 成果分析
• 7.2.4 拉西瓦水电站分析结论
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读博士期间从事的科学研究工作和主要成果:
• 一、获得的科研奖励:
• 二、发表的论文: