软岩深基坑爆破开挖的边坡稳定性分析

论文摘要

爆破方法开挖岩质深基坑已在交通、水利水电和国防工程等领域得到广泛应用,爆破过程中不可避免地产生的地震效应对开挖边坡稳定性的影响问题一直受到岩土工程界和工程爆破界的关注,特别是在软岩深基坑爆破开挖工程中尤为重要。为此,一方面需要研究爆破振动控制技术,另一方面必须正确分析爆破动力作用下工程边坡的稳定性,才能达到既能保证施工安全、又能提高施工进度与工程效益的目的。因此,进行软岩深基坑爆破开挖的边坡稳定性分析具有重要的理论价值和社会意义。论文以南溪长江大桥北岸重力式锚碇软岩深基坑爆破开挖工程为背景,采用现场试验、数理统计和数值模拟等方法进行软岩深基坑爆破开挖的边坡稳定分析研究,从动、静力学角度分析了多种工况下深基坑高边坡的稳定性,其研究工作和成果主要体现在如下几个方面。根据现场工程地质条件,结合软岩深基坑的结构特点及设计要求,提出了深基坑开挖爆破方案,并对爆破方案的地震效应进行了现场试验。试验研究结果表明,开挖爆破在基坑内及其周边产生的垂直向振动速度峰值大于水平向质点振动速度峰值；同段起爆的装药量是控制爆破振动强度的关键参数；通过统计分析,给出了基坑开挖爆破的地震波衰减公式。以基坑北侧高边坡为计算分析对象,选取典型断面建立三维数值模型,通过极限平衡法和FLAC3D对基坑高边坡在天然状态和降雨条件下的稳定性进行了分析。计算结果表明,基坑高边坡在开挖后基本稳定,但第二级土坡坡脚产生较大的水平位移,且有两条潜在滑带；在降雨条件下,数值计算不收敛,安全系数下降了14.8%。利用现场实测振动速度作为边坡动荷载的输入,分析了爆破荷载下边坡的位移及速度等动态响应特征,在重复爆破荷载作用下北侧第二级土质边坡坡脚处产生累积的永久位移。此外,通过计算值与实测值的对比分析,证明FLAC3D用于进行爆破作用下边坡动态响应的数值模拟是可行的。为改进爆破方案和采取支护措施提供依据。结合工程实际支护形式对基坑支护后的北侧高边坡进行FLAC3D数值模拟,对边坡的锚杆支护效果进行评价。分析了多种工况下支护边坡的受力状态及其稳定性,计算结果与实际开挖过程中由于降雨和爆破作用下基坑边坡软弱层的局部垮塌情况一致,并给出了避免基坑边坡发生类似垮塌的技术措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内研究现状
• 1.2.1 爆破振动效应研究现状
• 1.2.2 爆破振动对边坡稳定性影响研究现状
• 1.2.3 支护边坡动力稳定性研究现状
• 1.3 本文研究目标、内容及技术路线
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 基坑工程概况及爆破开挖方案
• 2.1 大桥概况
• 2.2 工程地质条件
• 2.2.1 地形地貌
• 2.2.2 地层岩性
• 2.2.3 地质构造
• 2.2.4 水文地质条件
• 2.3 锚碇基坑爆破开挖方案
• 2.3.1 开挖区工程特点
• 2.3.2 分层开挖爆破的顺序
• 2.3.3 浅孔台阶爆破方案设计
• 第3章 基坑开挖爆破振动测试及结果分析
• 3.1 爆破振动测试
• 3.1.1 爆破振动效应
• 3.1.2 爆破振动测试原理
• 3.2 测试方法简介
• 3.2.1 测试系统
• 3.2.2 测点的布置
• 3.3 爆破振动测试结果与分析
• 3.3.1 测试结果
• 3.3.2 振动规律分析
• 3.3.3 药量控制
• 3.4 爆破振动效应的控制措施
• 3.5 本章小节
• 第4章 基坑开挖北侧高边坡稳定性分析
• 4.1 概述
• 3D数值分析'>4.2 FLAC^3D数值分析
• 3D程序简介'>4.2.1 FLAC^3D程序简介
• 4.2.2 强度折减法
• 4.2.3 数值模型的建立
• 4.2.4 计算步骤及方案
• 4.3 静力条件下开挖边坡的稳定性分析
• 4.3.1 天然状态下开挖边坡模拟
• 4.3.2 降雨条件下开挖边坡模拟
• 4.3.3 开挖边坡极限平衡分析
• 4.4 爆破荷载作用下开挖边坡的稳定性分析
• 4.4.1 爆破开挖第三级边坡动力响应
• 4.4.2 爆破开挖第四级边坡动力响应
• 4.4.3 基于拟静力法的动力稳定性分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基坑支护边坡稳定性与支护效果评价
• 5.1 基坑支护概述
• 5.1.1 基坑支护方案
• 3D锚杆计算模型'>5.1.2 FLAC^3D锚杆计算模型
• 5.2 支护边坡的静力稳定性分析
• 5.2.1 天然状态下支护边坡模拟
• 5.2.2 降雨条件下支护边坡模拟
• 5.2.3 支护边坡极限平衡分析
• 5.3 爆破荷载作用下支护边坡的稳定性分析
• 5.3.1 基坑边坡动力响应
• 5.3.2 锚杆支护动力响应
• 5.3.3 基于拟静力法的支护边坡动力稳定性分析
• 5.4 基坑边坡现场局部垮塌情况
• 5.4.1 垮塌情况
• 5.4.2 原因分析
• 5.4.3 处理方法
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献