岩石爆破破坏分区的研究.pdf

1 6 爆 破 1 9 9 1 岩石爆破破坏分区的研究 李舟 巨何庆 志费鸿禄 阜新矿业学院 摘要拳文咀爆炸动力学理论为基础，研宄7柱状装药爆 |炸时粉碎压，裂隙区 和振动安 全 压的 范围 。计 算结果表 听，粉碎 区半径 是装 药半径 的1 ． 8 3 倍．裂隙 压 半径 为装药半径3 0 “ - 4 0 倍。 关键诃 粉群区 ．裂隙覆 ，振动安全区．装药。 1 引 富 当装药在岩体 内爆炸时 ，’ 瞬间 释放 出巨 大的能量 ，孔壁上所 产生 的冲 击压力 高达 l 0 。 帕 ，质点速度达每 秒几 百米 ， 使得 孔壁附 近的岩石被压成 粉末 ，呈塑性 流动 状态 ，这 便是人们常 说的粉碎 区 ；由于几何 扩散和能 量 耗散 ．应 力波 的强度 逐渐降低 ．导致能量 密度 的减小 ； 在粉碎 区外 ． 应力 波的强度 小于 岩石 的动态 抗压 强度 ，但 是由于岩 石的抗拉 强度远 小于抗压强度 ．于 是在切 向拉应 力作 用下 ，在粉 碎区之外形成 许多 径向裂隙，这 便是通常所 说的裂隙 区 ；随着应力 波继续 向 外传播 ． 。 强度继续下降，当切向拉应力小于 岩石的抗拉强度时，裂隙的扩展便停止了。 在裂隙 区之 外 ．应 力波 衰减 为地震波 ，在地 I 9 9 0 0 9 一 l 6 收 稿 震波区 ，如果质点速度 大于介 质或建筑 物的 临界 速度 ，就会 引起 破坏 ．本 文的目的就在 于通过理论分析 ，给出不 同岩石 的粉碎 区， 裂隙区和振动安 全区的范 围。 2 柱状装药粉碎区的计算 装药在 岩体 内爆 炸瞬间 ，产 生高温 ，高 压的气体， 对孔壁产生强烈的冲击压 缩作用 ． 使其产生熔 化流动 ，由质量 守恒，动量 守恒 和能量 守恒 三大 定律 导出 的关 系如 Fr e p l O t t d p l O r p d u ／ d r p u ／ r 0 1 O u l 0 t u d u ／ O r I I n d p ／ d r 0 d s ／ O t u d s ／ O r D 式中 u 一质点速度 ； 2 3 二 次波 正压 作用 时间 导⋯ 0 ． 8 0 2 7 ． i 告 。 ⋯ 3 4 结论 1．对于井下小药量 爆炸冲击波在任何 情 况下都会发生多次 峰值 ，其近区的二 次峰 值特性 参数可 以用式 1 、 2、 3来 计算 2．由于冲击波在巷遭壁面作用下 ，发 生规受 叮 或非规则反射 ，使 二次 ，三 次波 的峰 值要 比无反射时 明显加大 ，同时爆 炸产 物的 相继 内爆效应 ，也可 能是产生 二次 ，三次波 的另一个重 要原 因 ．一 3．由试验 结果 可以看 出 随 着测点与 爆 源距离的加大 ．二 次波 与首 次波 的压 力 比 不 断增加 ．在 一定条件下 ，其 比值可大于 I ． 同时二次波 与一 次波的峰 值 间 隔 也不断缩 小 。波 的正压 作用 时间加长 维普资讯 No 1 李守 巨等 岩石爆破破坏分匡的研究 1 7 p 一一 密度 s 一 一 熵 t 一 一 时 间 ； r 一 一 径 向距 离 。 状态 方程 PPp ，s 4 式中p ---- 压力 。 对于不可压 缩流体 ，有 p p 5 式 中p ， 一 一 岩石 的初 始密 度． 将 5 式代入 1式 ，得 d u ／ O r u ／ r 0 6 对 上 式 积 分 ，得 u r C 7 式中C 常数 ， 由边界条 件确 定 。 在 孔 壁上 ， u b r b C 8 式中 r b 一一 炮孔半径 ； u 一 一 孔壁上 岩石的初始速度 ，计 算 方法见 参考 文献[ 2] ． 将 8 式代入 7 式，得 u u ， } 9 式中 1 _一 比例 距 离， Z．．r ／ “． 岩体 内冲击 波的R H方程 为 Da十b u 1 0 式中D--冲 击波速度 ； a ，b 一 一 与岩石性 质有 关的常数 。 冲击波的动量守 恒方程 为 Da i s 】 1 式中 一 一径向 应力 。 将 9 代 1 0 ，再代入 【1 1 得 p ， [ a u b ／ fb u b ／ j 。 ] 1 2 在 爆炸冲击荷 载作用下 ，岩石 的动态抗 压 强度 与静态单轴抗压 强度 的关 系为 s d KS 1 3 式中 S 岩石的单轴 静态抗压强度 S 一一 岩石 的 动态抗 压 强度 ； K---- 抗压强度 动载提高系数 ， K 1 0[ ． 将 1 3式代入 1 2式 ，便 可求 出粉 碎 区半 径r 。 r ， t r b 2 8 ． U b 十 ／ a 。 u 。 b 4 Ks u b 。 ／ p ， KS ， p 1 4 按 照以上 方法 ，分别对 花岗岩 、 玄武岩 ． 辉长岩、大理石 和石灰岩进行 了计 算 ，计算 结果 见表 l。 裹 1 不同 岩石 的破碎 区半径 注炸 药为 2号岩石铵梯 炸药 3 柱 状装药裂隙 区半径的 计算 在 爆破 工程中 ，起 到主要破 环作用的是 裂 隙区 ．根据 日本 学者熊尾 日野的研究 ，从 柱 状装药 偶合 传 播出来的爆炸应力波 的 最大压力 为 口 r m ；一口 P t 1 5 式中 口 ， 一一径 向压应力 峰值 o。 切向 拉应 力峰值 P 一一 孔壁压 力峰值 一一 与岩石性质有 关的衰 减指数， l一 2．按 照参考文 献[ 4] ，衰 减 指数 a 与波阻抗的关系 为； 维普资讯 1 8 ． 爆 破 1 9 8 1 1 ．89- - 2 ．6 7 1 0 一 p ， C 1 6 在 粉 碎 区 的 外 边 界 上 ，径 向应 力 的 峰值 恰 好等于岩石的动态 抗压 强度 ，于 是有 ≥s d ／ 1 7 文献 【 5] 给 出了岩石动 态抗拉强度 与静 态抗拉强 度的关 系 S T d n S f 1 8 式 中 S d 一一 岩石的动态 抗拉强度 ； S 一一 岩石 的静 态抗拉强度 ； n 一 一 动裁时抗拉 强度增大系数 ， 扯 2。 一 将 1 8式代 八 1 7式得 到裂 隙区半 径 r c ‘ “ 暑 J l 1 g 将各巴知参数代八 1 9 式，便可计算 出各种岩石 的裂 隙区半径 ，见 表 2。 裹 2不同 岩石 舶裂豫 医半径 4 振动安全区半径的计算 在 裂 隙区 以 外 的 岩石 中 由于 应 力波 不 断 衰减 ，应力 已大 大减 弱 以致于不足 以引起 岩 石破裂而只 能造 成质 点的弹 性振动 ，这一区 域 称为 振动 区 但是如果在爆 区附近有需要 保 护的建筑 物等 设施 ，必须 对振动速度加 以 限制 并估 算出振 动安全 区的 半径 。 爆 破 振 动 速 度 与 炸 药 量 成 正 比 ， 与距 离 成反 比，常用的振 动速 度计算公式为萨道夫 斯基 的经 验 公 式 一⋯ 寰 3 建 筑 物 等 类 型 萋 芟 蠢 蔓 u K。 。 2 0 式中 K 一与介质 性质 ．爆 破 方 式等因 素确关的系数 。在岩石 中-通常 为0 ． 3 1 ． 8． 土壤中为 1 ． 0 2 ． 2 ； Q一一 炸药 量 ；齐发爆 破时 取总药量 延发爆破 时取最大一段药量 ，毫 秒爆破时折 算药量 它等于各段药量的平方和的开方 ； n 。 一一衰减 指数 ，与传 播 瓶 离，传播 途径和地质地形有 关 ；近距 离 取 o 1 ． 5 2 ．3 }远距 离取 a。 1 ． 0 一 1 ． 5 其它 符 号意 义 同 前 很显 然 ，爆破地震 强度越大 ，建 筑物或 构筑 物基础 的介 质质点振动 速度越高 。当质 点振动速 度超过 某一数值时 ，建筑 物将发生 破坏 ，其破 坏程度 与建筑 物的结构 、类 型及 坚 固程 度等因素有关 。． 将临界振动遍度代八 2 0 式 ．便可得 到爆破 振动 安全距 离 ． T ， r ． ． Q 2 1 U t 式 中r ； 。 一一 爆破振动安 全距 离 ； u 。 一一临界振动速度 ，其它符号意义 同前 。 由 2 1式可 以看 出，当爆破区 与建筑 物 的距离 一定时 ，降低爆破振动 速 度最 有效 的方法就是减少药量 最大 一段 的装 药量 ． 5 结论 1．对于柱 状装 药 ，粉碎 区的 半径 为装 药半径 的1 ． 8 3 倍 ，随着 岩石抗压 强度的提 高 ，粉碎区半径 明显 减少 ，并 且岩石渡 阻抗 的大小对粉碎区的 范 匮也有影 响 ； 2．裂 隙医的半径 为装 药半径的3 0 4 0 倍左 右 ，岩石抗拉 强度 越低 ，裂隙区的范 围 越大 ；粉碎区 的范 匿越大 ，裂 隙区 的范 围也 越 大 。 建筑物 堕曼嗍宴 ． 一 般 砖石 坚 固砖 石 一般 混 鞋 土 建 筑 物 建 筑 物 结 构 物 固 混 疑 土 结 构 抽 1 ／ c m／ s o ． 0 1 0 ． 0 2 o ． 0 5 O ． 0 6 0 ． 0 8 0 ． 0 8 一o ． 1 0 0 ． 1 2 0 ． 1 4 维普资讯 0 ． 1 缅传嘉等 销筋涯凝土排集的控爆拆腙 钢筋混凝土排架的控爆拆除 杨 传薯 中 国科 学院 武汉岩土力学研 完所 曹治 郑州铁路局武汉工程公司 提要 本文研 究 7爆破拆 除钢筋混凝土建 筑物时建筑结 构的失稳 条件 ，时钢 筋 混凝土排架 的控制爆 破拆 除进 行 T设计计算 。并分析 7拆 除爆破 效果和拆 除爆破 对 钢筋混凝土基 础 的影响 。 关麓词 拆除爆破 ，最小破 碎高度，失稚 。 1 前 言 钢 筋混 凝土承重排架控制爆破拆 除的设 计 是 根 据 结 构 力 学 的 原 理 ，用 爆 破 的 方 法破 坏结构 的材料强度 ，使之失去 其承载能 力 ． 达到破坏 结构 的整体刖度 ，从而使排架整 体 结构失去稳定 性，导致结构重 心位移而使 } 架倾覆或 定 向侣 i 塌 钢筋混 凝土建 筑结构的控爆拆 除 的主要 任 务是整个结构 体的解体问题 ，拆除爆破 的 解体 ，一般 有两种方 案，即空中爆破解体 和 地面爆破解 体 。对于一个钢 筋混凝建筑工程 的控爆 拆除来 说，采用 那一种方菜进行 控爆 拆除 ，要 视拆除爆破工程 的施工条件 和爆破 环 境而定 。 当建筑 物结构体周 围无例塌的场 地或 因建 筑物结构体整 体倒塌的冲击震动影 啊周围设施安全时 ， 则采用空中懈体的方案 ， 不过采用此方案一般 少不 了脚 手架上施 工 ， 给施 工施爆 带来很大不便 。 1 9 0 0 0 7 0 7 收 稿 采用空 中解体 方案时 ，其解 体爆 破炮孔 需用 近 发 起 爆 进 行 爆 破 。起 爆 时 间 要 在 结 构 整体 已经失稳 ，其倾倒运 动的初速 已经形 成 时再起爆 进行解体爆破 。否则先解 体后 结构 就不 能失 稳 ，因此不会发 生 倾倒 ，这样将会 给拆 除爆 破施工带来 很大 的麻烦 所 以对 于 建筑物结 构体 的拆除爆破 ，如 果爆破 环 境允 许 整体 倾倒 ， 都采用在地面进行解 体的 方案 。 对 于 钢 筋 混 凝 土 排 架 结 构 ，立 柱 是 钢 筋 混凝 土排架的承重构件 ，要 使排架 倾复或定 向倒塌 的先 决条 件就是破 环立 柱 的 承重强 度 ，将立柱 一定高度 的混凝土 加 以 充 分破 碎 ，使之疏松和脱 离钢筋骨架 ，让主筋失 稳 而倾 倒落地后 再进行 结构体整体混 凝土的破 碎 解 体 。 2 承重 排架的失穗 条件 钢 筋混 凝土排架结构 的承重 立柱失 稳是 排架倾覆 或定向倒塌 的关键 。进行钢 筋混凝 3． 振 动 安 全 区 的 范 围主 要 受 爆 破 药 量 的大小 和建 筑 物的临界 振动 速度所决定 ，减 少爆破 振动速度最 有效 的途径是 降低 爆破时 每 段 的 装 药 量 。 参考文 献 【1] j ． 亨利奇著 ， 爆炸动 力学 醍其应 用， 北京 科学 出版社 ，1 9 8 7 ，2 1 [ 2] 李守 巨等 ，孔 壁上 爆炸 冲击 波初始参数 的计 算研 究．本 溪，辽 宁省 力 学套年会 L989 [ 3] 王文龙缟，钻眼 爆破 ，北京，煤炭工业 出 版 社 ， 1 9 8 , 1- ， 9 [ 4] 黄承 贤 ，弹 性 波 法 在 岩 土 爆 破 工 程 中 的 应 用，爆 炸 ％冲击 ，1 9 8 5 ，51 5 J 山 口梅 太郎，岩石 力学基础 ，北 京，冶 金 工 业 出 版 社 。 1 9 8 2 [ 6 刘 清荣 ，控 制爆 破 武 汉，华 中工 学 院 出版社 ，l 9 8 6 ，1 4 维普资讯