三峡库区望霞危岩体削方爆破振动测试分析.pdf

第2 9 卷第3 期 爆破 V 0 1 ．2 9N o ．3 2 0 1 2 年9 月B L A S T I N GS e p ．2 0 1 2 d o i J O ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 3 ．0 3 2 三峡库区望霞危岩体削方爆破振动测试分析 苗高建虬“，周传波6 ，张志华“，蒋楠 中国地质大学a ．岩土钻掘与防护教育部工程研究中心．b ．工程学院，武汉4 3 0 0 7 4 摘要为确定三峡库区望霞危岩体爆破治理的地震波传播规律，评价其对附近坡体和建筑物的影响，对 爆破治理工程进行了现场振动监测。根据现场测试数据的统计和回归分析，参考萨道夫斯基公式，得到了表 征爆破地震波传播规律的经验公式。结果表明，爆破振动速度均小于安全规程规定值，振动对保留岩俸及 周边建筑影响有限，为后续治理工程控制爆破振动效应提供了理论依据。 关键词危岩体爆破；振动测试；回归分析 中图分类号0 3 8 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 2 0 3 0 1 3 1 0 4 V i b r a t i o nM e a s u r e m e n ta n dA n a l y s i so fW a n g x i aD a n g e r o u s R o c kM a s sB l a s t i n gi nT h r e eG o r g e sR e s e r v o i r M I A OG a o - j i a n 4 ⋯，Z H O UC h u a n ．b o “，Z H A N GZ h i ．h u a 。，J I A N GN a n “ a ．E n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fR o c k s o i l E x c a v a t i o na n dP r o t e c t i o nM i n i s t r yo fE d u c a t i o n ； b ．E n g i n e e r i n gC o l l e g e ，C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o s e i e n e e s ，W u h a n4 3 0 0 7 4 ，C h i n a A b s t r a c t T os t u d yt h ep r o p a g a t i o nb e h a v i o ro fs e i s m i cw a v ei n d u c e db yW a n g x i ad a n g e r o u sr o c km a s sb l a s t i n g i nt h eT h r e eG o r g e sR e s e r v o i ra n dt oe v a l u a t et h ei n f l u e n c eo nb u i l d i n g sa n ds l o p en e a r b y ．t h ef i e l db l a s t i n gv i b r a t i o n W a sm o n i t o r e d ．B a s e do nt h es t a t i s t i c sa n dr e g r e s s i o na n a l y s i so ft h ef i e l dd a t aa n dr e f e r e n c eS a d a o v s kf o r m u l a ，t h e e x p e r i e n c ef o r m u l ac h a r a c t e r i z i n gt h ep r o p a g a t i o nb e h a v i o ro fb l a s t i n gs e i s m i cw a v ew a sf i g u r e do u t ．R e s e t ss h o wt h a t t h eb l a s t i n gv i b r a t i o nv e l o c i t yw a sl e s st h a nt h es a f e t yv a l u ea n dm a d el i t t l ee f f e c to nr e m a i n e dr o c k m a s sa n ds u r - r o u n d i n gb u i l d i n g s ，w h i c hh e l p st oc o n t r o lt h eb l a s t i n gv i b r a t i o ne f f e c to nt h ef o l l o w i n gt r e a t i n gp r o j e c t ． K e yw o r d s d a n g e r o u sr o c km a s sb l a s t i n g ；v i b r a t i o nt e s t i n g ；r e g r e s s i o na n a l y s i s 爆破技术因其高效性在治理工程中得到了广泛 应用，危岩体削方爆被治理工程中采用钻孔爆破开 挖方式，在达到治理的同时，爆破地震危害效应不可 避免⋯，爆破振动对危岩体附近坡体及建筑物稳定 性会造成一定的影响。 在三峡库区望霞危岩体的爆破治理过程中进行 爆破振动现场测试，分析爆破振动传播规律，为保证 工程安全高效实施，确保长江通航安全及周围山体 收稿日期2 0 1 2 0 2 1 0 作者简介j 苗高建 1 9 8 8 一 ，男，河北衡水人，地质工程专业在读硕 士研究生，主要从事工程地质及爆破研究， E m a i l m i a o g a o j i a n l 2 3 1 6 3 ．c o r n 。 稳定具有十分重要的指导意义。 1 工程概况 望霞乡同心村危岩体位于三峡库区巫山县长江 左岸，地处横石溪背斜核部【2 j 。危岩体所处斜坡高 程1 1 0 0 1 2 5 0m 之间，坡脚3 0m 内为缓坡，坡度约 3 0 。，向上则为近9 0 。的陡壁。危岩体附近有数座 房屋，均为毛石结构。1 9 9 9 年，该斜坡危岩体出现 严重变形。斜坡上存在6 条大型裂隙，形成长 2 3 0m 、宽5 0m 、高约1 1 5m 的危岩群”1 ，随后国土 资源部将该危岩纳入三峡库区二期监测预警项目。 2 0 1 0 年1 0 月2 1 日发生大规模崩塌，崩塌方量约 万方数据 1 3 2 一爆破 2 0 1 2 年9 月 1 0 1 0 4m 3 ，有3 1 0 4m 3 的崩塌体已滚落到斜坡下 方，但仍有7 1 0 4m 3 的岩体残留在斜坡上方。望 霞危岩体严重威胁到下方几百群众和煤运码头以及 长江航道安全，必须采取措施进行治理。危岩体全 貌如图1 所示，分为1 V 1 ，W 2 ．1 ，W 2 2 三块区域。 望霞危岩平面呈扇形，变形区域平面长1 1 9m ， 前缘宽2 0 0m ，变形面积1 ．3 9 1 0 4 m 2 ，厚度为7 0 ～ 1 0 3m 。岩层产状3 3 5o ～3 4 0 。￡3 。一8o ，两翼倾角 逐渐变陡，倾角约1 2o 一2 7o 。在多处岩体陡壁处 进行裂隙统计表明，岩体内发育2 组优势节理 9 0 。～1 0 0 。L 8 0 。～8 5 。、1 6 5o 一1 7 4 。L 7 5 。一 8 2 。。这2 组节理相互近垂直，构成陡岩壁及危岩 体的边界。除地形地貌，地质构造及地层岩性等影 响因素外，底部煤层采空是形成大规模山体开裂变 形和塌陷的最大、最直接的原因HJ 。下部煤层采空 后，形成悬臂板梁或简支梁受力形式，在采空区地表 诱发沉陷。 图1 危岩体全貌 F i g ．1 T h ep a n o r a m ao fd a n g e r o u sr o c kn M 嘲 由此可见，如果爆破振动控制不当，将会引起危 岩体后方岩体继续开裂，加剧山体变形，引起一系列 崩塌的连锁反应。 2 爆破方案 望霞危岩部分危岩体 W 2 - 2 已产生坐落滑移， 已滑移体I F 2 - 2 和西侧的柱状岩体册均处于潜在 不稳定，低于后侧危岩体耽一l8 ～1 0m 。前期危岩 体爆破对象主要为W 2 - 1 ，如图2 所示，危岩体紧邻 长江航道，施工采取从上而下中深孔台阶式爆破方 法，爆破过程中需尽量降低爆破振动并使危岩体破 碎充分。在进行爆破清除过程中，采用电子数码雷 管起爆，爆破作业采取9m s 延期时间间隔，选用2 号 岩石乳化炸药，排距2m ，孔距2m ，孔径9 0m i l l ，孔深 1 0 ～1 5m ，堵塞长度2m ，布孔采用多排孔微差爆破 方式，爆破孔的起爆顺序从自由面方向由前排炮孔 向后排炮孔传爆，单孔单响。 图21 1 7 2 - 1 危岩体 F i g 2 1 1 7 2 - 1d a n g e r o u sr o e kI T l a S S , 3 爆破振动测试 3 ．1 测点布置 爆破测试内容主要包括地表和建筑物的质点振 动速度以及振动频率。 在危岩体周围岩体及附近民房上，安放爆破振 动测试仪，记录爆破过程中的振动波形，分析爆破振 动影响程度，仪器安放点位如图3 所示，其中除1 点安放在民房上，其余均安放在危岩体周围一定范 围岩体上。 图3 仪器布置示意图 F i g ．3 I n s t r u m e n tl a y o u t ．d i a g r a m 3 ．2 测试结果 测试选用T C - - 4 8 5 0 爆破测振仪，典型爆破振 动波形图如图4 所示，限于篇幅，仅列出3 组周围坡 体上的测点原始数据 表1 。 4 测试结果分析 4 ．1 质点振动速度回归分析 爆破安全规程中，已知药量Q 与爆心矩尺， 万方数据 第2 9 卷第3 期苗高建，周传波，张志华，等三峡库区望霞危岩体削方爆破振动测试分析 1 3 3 爆破震动最大振速公式常用萨道夫斯基公式‘引 秽 K Q Ⅳ3 ／R “ 式中秽为爆破振动速度，c m ／s ；Q 为最大段药量， k g ；R 为传播距离，m ；K 、O ／为与爆破点至计算保护对 象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。 ， l 砷 ● 暑 3 j 一0 ．0 10 0 ．0 10 ．0 2O ．0 30 ．0 4 0 ．0 5 0 ．0 6 0 ．0 7 0 ．0 8 0 ．0 9 t ／s 图4 典型爆破振动波形图 F i g ．4T y p i c a lb l a s t i n gv i b r a t i o nw a v ed i a g r a m 现场测试数据所能反映最直接的就是爆破振动 速度，分别对危岩体东侧及后方质点振动速度合成 矢量值进行线性回归，如图5 所示。图5 a 危岩体 东侧坡体2 、3 、8 监测点的质点振动速度回归方 程为夥 1 1 0 ．7 Q ∽／R 1 ’8 0 6 ；图5 b 危岩体后方坡 f ， 宣 3 毯 姻 帽 鞲 比例药量 a 东侧坡体的质点振动速度回归曲线 体7 、9 、1 0 监测点的质点振动速度回归方程为 秽 2 5 4 ．6 Q Ⅳ3 ／R 2 ’0 3 8 。 表1 爆破振动测试原始数据 T a b l e1 B l a s t i n gv i b r a t i o nt e s tr a wd a t a 嚣k g 测点畿秭景 ， ， 昌 3 越 嫂 幅 骚 比例药量 b 后侧坡体的质点振动速度回归曲线 图5 质点振动速度回归曲线 F i g ．5 P a r t i c l ev i b r a t i o nv e l o c i t yr e g r e s s i o nc u r v e 通过对质点振动速度数据进行线性回归，可得 到如下结论 1 监测点的振动速度均较小，主要是由于每 次爆破单段最大药量较小，且危岩体与母体脱离滑 落，中间形成较宽的裂缝，被爆岩体有较好的临空 面，爆破过程中岩石间的夹制作用很小，对周边的振 动影Ⅱ向程度下降。 2 分析危岩体东侧及后方坡体矢量叠加振动 速度衰减规律经验公式，K 、仪值均不同。危岩体后 方边坡K 、O L 值均大于东侧边坡，表明地震波在后方 边坡传播过程中衰减更快。分析其原因为后方坡 体由于采煤出现塌陷造成岩体破碎且岩体强风化严 重，而危岩体东侧山体风化较微弱，岩体更趋于 完整。 3 比较2 和9 测点，两监测点水平距离距爆 源距离相近，但由于2 样测点高程较爆源低1 0m ，9 测点高程较爆源高5 4m ，从质点振动速度来看，9 测点振动速度均较2 测点大，地形对质点爆破振动 速度有一定的高程放大作用，但不明显。 另外，民房处1 测点的最大振动速度峰值为 移 0 ．1 0 2c m ／s ，远远小于民房爆破振动速度安全控 制阈值1 ．0c m ／s 。 4 ．2 主振频率分析 爆破主振频率能够反映出周围岩体和建筑物的 动态响应情况，将爆破主振频率和周围岩体与建筑 物的固有频率相比较，可以确定两者的关系，从而进 万方数据 爆破2 0 1 2 年9 月 一步从频率角度分析爆破振动效应，确保施工的安 全。将现场测试得到爆破振动数据的频率进行统 计，统计时采用以5H z 为区间进行统计得到爆破主 振频度图，见图6 。 { 籁1 2 蛞i 2 0 5 1 0 1 52 02 53 03 54 0 频率，H z 图6 主震频度图 F i g 。6 M a i ns h o c kf r e q u e n c yc h a r t 从图6 中可以清晰得到，x 、y 、z 各方向振动频 率主要集中在1 0H z 左右，但是根据工程经验，边坡 危岩体自身的自震频率一般在2 ～1 0H z 左右，本次 监测的主振频率和边坡危岩体自身的主振频率很接 近，有利于引发危岩体共振，诱发岩体的滑塌。民房 处1 测点的振动频率为5 ．8 4 8 2 1 ．9 7 8H z ，与房屋 自振频率也很接近。 5 结语 1 由回归分析得到的萨道夫斯基经验公式可 知，后方边坡K 、d 值均大于左侧边坡，表明后方岩 体风化严重，较破碎，这也与现场观测一致，在肌、 W 2 - 2 危岩体后续削方施工时应在后方坡体开挖防 震沟。 2 根据房屋监测点的振动测试结果，其主震 频率 5 ．8 4 8 2 1 ．9 7 8H z 与振速 0 ．0 4 6 0 。1 0 2c m ／s 均控制在爆破安全规程范围之内，爆破 作业对房屋影响有限。 3 由边坡监测点的测试结果可知，其振动频 率与危岩体自身的主振频率接近，容易引发危岩体 共振，诱发岩体的滑塌。应减小孔深，增大孔径，合 理调整微差时间，以适当增大主振频率，避免引发共 振，产生滑塌灾害。 4 从现场监测数据可知，爆破振动速度均为 毫米级别，振速很小，爆破作业较为保守，可适当增 加同段起爆孔数，以降低爆破作业成本。 致谢课题组罗钢、孙维昌、王胜波等同学在 现场参与测试，在此一并表示感谢。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 李彬峰．爆破地震效应及其控制措施分析[ J ] ．爆破， 2 0 0 3 ，2 0 2 8 3 8 5 ． [ 1 ] L IB i n - f e n g ．A n a l y s i so fc o n t r o l l i n gm e a s u r e m e n ta n db i a s - t i n gv i b r a t i o ne f f e c t [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 3 ，2 0 2 8 3 - 8 5 ． i n C h i n e s e [ 2 ]宜昌地质矿产研究所．地质图说明书- 巫山县幅[ M ] ． 宜昌宜昌所，2 0 0 1 5 7 6 0 ． [ 2 ]Y i c h a n gC e n t r eo fG e o l o g i c a ls u r v e y ．G e o l o g i e a lm a po f W u s h a nt o w ni nC h i n a [ M ] ．Y i c h a n g Y i c h a n gI n s t i t u t eo f G e o l o g ya n dM i n e r a lR e s o u r c e s ，2 0 0 1 5 7 6 0 ． i nC h i n e s e [ 3 ] 黄波林，陈小婷，刘广宁，等．巫山县望霞乡桐心村危 岩体变形破坏机制分析[ J ] ．工程地质学报，2 0 0 8 ， 1 6 4 4 5 9 4 6 4 ． [ 3 ] H U A N GB o - 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5 1 ． i nC h i n e s e 万方数据