紧邻村庄高陡边坡双重预裂爆破试验研究

作     者：张想 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李启月

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：岩质高陡边坡 紧邻村庄 双重预裂爆破 爆破振动 减震效果 EEMD-Hilbert变换 

摘      要：在爆破工程的设计与施工中,爆破振动的评估与预测是一个极为重要的内容。我国云贵山区山脉纵横,施工地质环境与社会环境复杂,在爆破开挖时经常面临紧邻村庄的情况,爆破减震问题亟需解决,但目前为止,很少有人对预裂爆破减震效果进行定量化研究,大多仅停留在经验层面,另外,存在单重预裂爆破无法满足减震要求的情况。因此,本文以贵州德余高速公路第七标段K60六级边坡爆破工程为背景,基于现有的爆破技术和理论、爆破器材对单重预裂爆破技术进行改进,设计了一种双重预裂爆破技术方案,进行了普通台阶爆破、单重预裂爆破与双重预裂爆破现场试验以及爆破振动监测,采用EEMD-HHT变换的爆破振动信号分析技术对比分析三种方案的减震效果,包括质点峰值振动速度(PPV)、主振频率以及频带-能量分布特性等特征,定量化评价双重预裂爆破对于主爆区振动效应的衰减程度,研究其爆破振动衰减特性,主要研究内容与成果如下:(1)对德余高速K60六级边坡的工程概况进行了现场调研,包括爆破施工区域附近民房的数量、分布以及结构特性;通过现场岩石取样,对岩石样品进行了抗拉强度、剪切、单轴压缩等室内实验,得到了实验地点岩石的物理力学性质;利用萨道夫公式估算了原爆破方案下周围民房的爆破振动大小,说明了采取预裂爆破减震的必要性。(2)研究了双重预裂爆破的成缝机理与施工工艺,运用经验公式,类比法、理论计算三种方法对双重预裂爆破技术方案的爆破参数进行了比选,设计了双重预裂爆破技术方案的不耦合系数、孔网参数、无导爆索的装药结构和起爆网络。根据设计方案进行普通台阶爆破、单重预裂爆破与双重预裂爆破三次现场试验,并同时进行了爆破振动信号监测,爆后成功产生了预裂带,表明方案设计较为合理。(3)对三次试验的实测爆破振动信号质点峰值振动速度(PPV)进行分析,结果表明:单重预裂爆破的PPV相对于普通台阶爆破平均减少了36.15%,双重预裂爆破的PPV相对于普通台阶爆破平均减少了65.64%,两种预裂爆破方案均能实现减震的效果,其中双重预裂爆破的减震效果要优于单重预裂爆破。(4)运用EEMD-Hilbert爆破振动信号分析技术对三次试验的主振频率与频带-能量分布特性进行分析,结果表明:在同一测点同一方向上,普通台阶爆破的主振频率和能量峰值最大,单重预裂爆破次之,双重预裂爆破最小;普通台阶爆破能量在0～100Hz内均有分布,单重预裂爆破以及双重预裂爆破的能量集中分布在0～60Hz,能量峰值出现在30～40Hz之间,出现高频能量被过滤、中低频能量比例升高、主振频率向低频转移等现象,说明预裂缝(带)有效的阻隔了主爆破能量的传播,对爆破振动存在着高频滤波作用,频率较高、波长较短的振动应力波被预裂缝(带)过滤,而频率较低、波长较长的应力波能更好地穿透预裂缝(带),且预裂带效果更为明显。图56幅,表22个,参考文献86篇