摘要：目前，我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，爆破对于矿山、水利和城建等的生产和建设，是快捷且卓有成效的手段，但爆破诱发的震动负面效应也屡见不鲜。对于矿山持续的生产爆破，其对工程岩体的破坏损伤是持续累积的。当累积到一定阂值时，将造成工程岩体的失稳破坏。目前，针对矿山频繁的生产爆破，对工程岩体的累积损伤效应特性研究较少。而循环爆破加载对工程岩体的损伤也是个极其复杂的过程。本文将采用声波仪与爆破振动监测仪，研究矿山频繁生产爆破作用，对爆破中远区工程岩体的累积损伤效应。
关键词：爆破;隧道;不同步;累积损伤;循环;测试方法
引言
钻爆法广泛应用于矿山煤炭开采、铁路隧道开挖、水利工程建设等领域，在破碎和抛掷岩体的同时，不可避免地会对周围岩体产生扰动和破坏，循环爆破累积作用是导致岩体损伤并最终失稳的主要原因。针对循环爆破载荷作用下岩体的累积损伤效应，国内外学者进行了大量研究。利用超声波测试技术对巷道侧壁的损伤规律进行研究，揭示了爆破振动下岩体的损伤累积规律，发现工作面推进到10～20m时损伤度急剧增长;基于快速傅里叶变换探讨了声波在爆破损伤岩体中传播时的衰减特性，分析了声波主频等声学参数随爆破次数的变化特性;结合岩体声速和爆破振动测试数据的对比分析表明，多次爆破振动随岩体声速的降低呈指数关系衰减，并确定了边坡的损伤阈值;运用智能声波仪测试了巷道围岩在爆破振动作用下的累积损伤，结果发现，多次爆破振动的累积损伤作用仅增加围岩体的破碎程度，并未扩大损伤范围;中国生等按照相似比理论建立115的试验模型，通过模拟隧道爆破开挖方式，以同一测点处爆破前、后岩体声速变化评价隧道围岩损伤程度。以上研究全部依据声速变化分析岩体在循环爆破载荷下的累积损伤效应，但针对累积损伤测试方法适用性及精确度的研究却鲜有报道。本文中，根据5次循环爆破载荷作用下不同测孔深度处的损伤效应规律，对比传统累积损伤测试方法，证明不同步累积损伤测试方法的合理性及准确性。
1岩体损伤的研究现状
岩体损伤理论是国内外学者关注热度较高的问题。对于高陡边坡而言，爆破损伤直接或间接影响工程安全及稳定性。检测岩石损伤的方法主要有两类:一是直接检测法;二是间接检测法。基于岩石损伤的直接检测法，国内外许多学者对爆炸荷载作用下岩石损伤变量的定义、损伤模型等展开了研究，其中比较有代表性的成果有GK损伤模型，GK模型是运用标量描述被激活的微裂纹所引起的岩石刚度的劣化模型。提出TCK损伤模型，此模型对爆炸动荷载作用下岩体的损伤情况及其分布特征进行了系统阐述分析。提出KUS损伤模型，此模型将高密度微裂纹所起到的屏蔽作用考虑进去，即在裂纹的激活率中将因损伤所引起的裂纹闭合或减少也考虑进去了。在KUS损伤模型的基础上考虑了激活裂纹数可能引起岩石体积的变化，提高了模型在裂纹密集分布条件下的适应性。对以上述模型在裂纹密度的分布及损伤变量的定义方面进行了修正，揭示了裂纹扩展的原因，并考虑动荷载作用时间和裂纹密度的影响。采用核磁共振方法反推岩体爆破损伤强度和范围。采用实验室动静组合加载，进行岩石损伤特性的研究。采用统计的方法进行，岩石损伤模型研究。利用循环单轴冲击对岩石损伤的研究。以上所有的岩石爆破损伤模型，都是直接或间接通过裂纹密度来定义岩体的损伤变量，但由于测量岩体的裂纹密度很难操作，因而这些模型在实际应用中存在很大困难;以上所描述的爆破损伤模型，均以岩石为研究对象，未考虑岩体复杂的各向异性的特征，将上述爆破损伤模型应用于岩体有一定的局限性;以上所述的爆破模型均将爆破荷载简化为单次的静态载荷，而没有考虑到实际生产爆破是多次循环加载的动态载荷。故本论文进行长时间露天采场循环的生产爆破的岩体累积损伤的研究是非常有意义的。
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2现场声波测试试验
2.1传统测试方法
声波测试技术是循环爆破载荷作用下岩体累积损伤效应分析最简便、经济的方法之一，传统测试方案的步骤如下:1)为了控制声波测试标准，消除初始损伤对循环爆破作用下岩体累积损伤效应分析的影响，需要增加首次爆破前声波测试;2)选定相邻2个测孔，将声波发射器和接收器分别放入测孔的孔底;3)测定测孔所在剖面区域的孔底声波速度，为了减少试验误差，声波测试数据不得少于3个，且取其平均值为最终声速;4)沿孔深将声波发射器和接收器从孔底同步向上提升0．2m，再进行步骤3)，直至孔口为止。依据测孔孔深和提升间距，任意2个测孔剖面区域共进行16次声波测试.
2.2考虑爆破荷载作用下地应力瞬态卸荷力学过程
实际爆破开挖过程中，在高地应力作用下爆破荷载对开挖面的地应力瞬态卸荷具有一定的影响。上节只是单独对开挖面上的应力瞬态卸荷的时间历程进行分析，大致推求了瞬态卸荷持续时间，这种方法明显不符合实际。通过上节可知开挖面地应力卸荷过程是在新临空面形成时开始，然而这并不与实际相符。因为随着岩体的爆破开挖，炸药产生的高温高压气体不断地流入相邻两炮孔之间的裂缝之中，在新临空面形成的开始时间段内由于爆生气体压力较大，通常是大于裂缝内壁地应力，虽然此时炮孔附近围岩己经开始脱离了母岩，但是由于高压气体的应力约束依然对开挖面存在约束作用，因此开挖面上的地应力卸荷并没有发生。
2.3不同步声波测试方法
隧道掘进过程中，爆破载荷近似以球面波的形式向外传播，由于声波试验测点距离爆源较近，测孔剖面所在区域所受的损伤效应不应该简化为垂直于掌子面或平行于掌子面，而是以上方向损伤效应的叠加;由此，在传统声波测试方法的基础上，提出不同步声波测试技术。因为采用相同的测试仪器，且超声波发射为球形传播，所以忽略仪器方向性误差带来的影响。不同步声波测试方法步骤如下:1)～3)同传统声波测试方法;4)沿孔深将声波接收器向上提升0．2m，声波发射器位置保持不变，测量声波波速;5)声波发射器向上提升0．2m，同声波接收器位置水平，此时声速测量同传统声波测试方法;重复步骤4)～步骤5)，直至孔口为止。
结语
随着西部大发以及“一带一路”战略的深度进行，铁路、交通隧道及城市地铁的发展逐渐向深部发展。因此，深部高地应力岩体爆破开挖给地下洞室围岩变形与稳定控制和施工安全带来了严峻的挑战。本文针对深部岩体爆破开挖过程中爆炸荷载与开挖瞬态卸荷及二者祸合作用效应问题，采用数值计算研究了爆炸荷载、岩体开挖瞬态卸荷及二者祸合作用下围岩损伤的动态孕育机制及其演变规律;最后，根据锦屏地下实验室现场检测数据，结合数值模拟，证实了本论文计算得准确性。
参考文献
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论文作者:李成园, 鲍金宝
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第05期
论文发表时间:2019/6/21
标签：损伤论文; 声波论文; 测试论文; 模型论文; 裂纹论文; 围岩论文; 荷载论文; 《工程管理前沿》2019年第05期论文;