一種基于爆破振動(dòng)測(cè)試的邊坡預(yù)裂爆破開挖損傷控制方法
【專利摘要】一種基于爆破振動(dòng)測(cè)試的邊坡預(yù)裂爆破開挖損傷控制方法，利用前幾個(gè)臺(tái)階的爆破開挖，在邊坡爆破開挖損傷區(qū)聲波檢測(cè)和相應(yīng)的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，建立不同高差條件下數(shù)個(gè)爆心距的爆破質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度與損傷深度間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，再利用邊坡梯段爆破時(shí)誘發(fā)的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度來(lái)對(duì)開挖損傷區(qū)深度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提出單響藥量控制建議。通過(guò)前幾個(gè)臺(tái)階的爆破振動(dòng)測(cè)試成果與損傷區(qū)的聲波檢測(cè)建立起質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度與邊坡開挖損傷區(qū)之間的關(guān)系后，只需對(duì)后續(xù)臺(tái)階進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析調(diào)整，即可判定邊坡開挖損傷區(qū)深度，方便快捷、高效經(jīng)濟(jì)；可通過(guò)控制最大單響藥量來(lái)控制巖質(zhì)邊坡爆破開挖損傷，具有很好工程推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】-種基于爆破振動(dòng)測(cè)試的邊坡預(yù)裂爆破開挖損傷控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水利水電和巖±工程領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種基于爆破振動(dòng)測(cè)試的邊坡 預(yù)裂爆破開挖損傷控制方法，適用于水利水電工程、交通、露天礦山開采等領(lǐng)域邊坡預(yù)裂爆 破開挖的損傷控制。

【背景技術(shù)】
[0002] 巖體爆破開挖過(guò)程中，由于爆炸荷載的作用，在完成巖石爆破破碎的同時(shí)，不可避 免地對(duì)保留巖體產(chǎn)生動(dòng)力損傷；同時(shí)隨著新的自由面的形成，保留巖體的物理力學(xué)性能發(fā) 生擾動(dòng)和劣化，形成所謂的開挖擾動(dòng)區(qū)或開挖損傷區(qū)。開挖擾動(dòng)區(qū)或開挖損傷區(qū)將對(duì)保留 巖體及工程建筑的安全造成不利影響。合理準(zhǔn)確地控制巖體開挖爆破影響范圍，并對(duì)開挖 擾動(dòng)區(qū)或開挖損傷區(qū)的范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)，能有效地確保施工安全，滿足施工工藝的要求，并減 少工程投資。
[0003] 巖質(zhì)邊坡的開挖步驟通常是：首先在保留巖體附近形成預(yù)裂面，然后再由遠(yuǎn)及近 分別進(jìn)行主爆孔和緩沖孔起爆。預(yù)裂縫形成之后，由主爆孔和緩沖孔產(chǎn)生的應(yīng)力波不能直 接穿過(guò)預(yù)裂縫對(duì)保留巖體產(chǎn)生損傷效應(yīng)，因此，靠近保留巖體的預(yù)裂爆破是形成損傷區(qū)的 主要原因。
[0004] 目前，對(duì)于巖石邊坡爆破開挖損傷范圍的判定主要依靠開挖完成后的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái) 完成，工作量大、效率較低，常用的檢測(cè)方法主要可W分為W下H類；1)用金相學(xué)的方法直 接觀測(cè)巖體中微缺陷的數(shù)目、形狀、大小、取向、分布形態(tài)、裂紋的性質(zhì)W及各類損傷表觀的 現(xiàn)象，包括光學(xué)顯微鏡和電鏡的觀察和掃描、X射線成像、CT掃描、紅外和紫外攝像W及半 孔率的測(cè)定等方法；2)利用鉆孔電視，鉆孔孔壁經(jīng)L邸光源照亮，CCD攝像機(jī)攝取由錐形鏡 反射的孔壁圖象，圖象信息經(jīng)電纜傳送至控制器和電腦，整個(gè)采集過(guò)程由圖象采集控制軟 件系統(tǒng)完成，此系統(tǒng)把采集的圖象展開和合并，記錄在電腦上，通過(guò)圖像處理和分析得到損 傷深度；3)通過(guò)測(cè)量巖體宏觀物理和力學(xué)行為的變化，間接確定巖體損傷范圍，包括巖體 彈性模量測(cè)試、聲發(fā)射、聲波測(cè)試、地震波測(cè)試、電阻測(cè)試及壓水試驗(yàn)等方法。聲波測(cè)試由于 測(cè)試方便和成果易判讀等優(yōu)點(diǎn)在巖體工程中得到了普遍的應(yīng)用，另外在條件允許的情況下 也會(huì)引入鉆孔電視的方法。
[0005] 我國(guó)正在興建或待建的一大批大型或特大型水電工程，如金沙江上的溪洛渡、白 鶴灘、烏東德和向家巧及雅蒼江上的錦屏一級(jí)、二級(jí)等工程，均分布在我國(guó)西南地區(qū)的崇山 峻嶺、深山峽谷之中，該些地區(qū)的邊坡一般高而睹，坡角一般超過(guò)45°，大多在70°到90° 之間；工程邊坡高，可達(dá)300?600m W上；地勢(shì)險(xiǎn)峻，地質(zhì)條件差，開挖技術(shù)要求高。另外， 隨著開挖臺(tái)階的不斷下降，邊坡越來(lái)越高睹，需要嚴(yán)格控制開挖爆破對(duì)高邊坡穩(wěn)定的影響， 對(duì)每級(jí)邊坡開挖的損傷區(qū)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)前的巖質(zhì)邊坡開挖損傷區(qū)聲波檢測(cè)方法需要在坡面 鉆設(shè)一定數(shù)量（分組）的聲波孔，每組聲波孔測(cè)試次數(shù)一般不少于3次，原則是直到波速衰 減基本穩(wěn)定時(shí)為止。測(cè)試時(shí)間盡量靠近爆破時(shí)間，大部分測(cè)區(qū)爆前初測(cè)在主爆前1?2天， 爆后1?2天內(nèi)進(jìn)行第2次和第3次測(cè)試。
[0006] 聲波鉆孔工作量大，而且聲波鉆孔與爆破鉆孔交錯(cuò)在一起，存在沖突；爆前爆后聲 波檢測(cè)歷時(shí)長(zhǎng)，工作量大；測(cè)試時(shí)，首先要往孔中灌滿水進(jìn)行禪合，對(duì)于與節(jié)理裂隙相通而 不能灌滿水的鉆孔，測(cè)試時(shí)保證有流動(dòng)水，從而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)聲波檢測(cè)時(shí)水禪合難W保證，測(cè)試 誤差較大；尤其是當(dāng)邊坡高度很大時(shí)，為了檢測(cè)的順利進(jìn)行，可能需要在聲波孔周圍搭建臨 時(shí)支架，聲波檢測(cè)的難度和成本成倍增加。
[0007] 為確保檢測(cè)成果的可靠性，聲波檢測(cè)前，對(duì)所采用的儀器設(shè)備按規(guī)范要求進(jìn)行校 驗(yàn)，并對(duì)聲波儀和換能器系統(tǒng)的零延時(shí)進(jìn)行測(cè)定；聲波測(cè)試過(guò)程中，按照0. 2m的間隔進(jìn)行 讀數(shù)；對(duì)每一測(cè)點(diǎn)應(yīng)測(cè)讀兩次，取其平均值為讀數(shù)值；對(duì)異常測(cè)段和測(cè)點(diǎn)，必須讀數(shù)H次， 讀數(shù)差不宜大于3%，W最接近的兩次測(cè)值平均值作為讀數(shù)值；讀數(shù)時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到讀數(shù)不 穩(wěn)定的情況，需要耗費(fèi)大量時(shí)間，獲取聲波波速的效率較低。
[0008] 此外，爆破開挖時(shí)往往還會(huì)對(duì)爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)獲得爆破所分別誘發(fā) 的H個(gè)方向的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度（PPV)，并對(duì)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，建立開挖爆 破振動(dòng)傳播的數(shù)學(xué)模型，確立其傳播衰減規(guī)律。僅利用此傳播衰減規(guī)律只能由得到的一定 爆也距的質(zhì)點(diǎn)峰值速度是否超過(guò)允許的限定值來(lái)判斷是否存在損傷，而無(wú)法確定爆破損傷 深度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種基于爆破振動(dòng)測(cè)試的邊坡預(yù) 裂爆破開挖損傷控制方法，利用前幾個(gè)臺(tái)階的爆破開挖，在邊坡爆破開挖損傷區(qū)聲波檢測(cè) 和相應(yīng)的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，建立不同高差條件下數(shù)個(gè)爆也距的爆破質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速 度與損傷深度間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，再利用本次邊坡梯段爆破時(shí)誘發(fā)的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度來(lái)對(duì)開 挖損傷區(qū)深度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提出單響藥量控制建議。
[0010] 一種基于爆破振動(dòng)測(cè)試的邊坡預(yù)裂爆破開挖損傷控制方法，包括如下步驟：
[0011] 步驟1，利用爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)地形條件及現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，在邊坡爆破開挖 區(qū)后方合理布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，同一測(cè)點(diǎn)布置一臺(tái)H向振動(dòng)速度傳感器，然后將振動(dòng)信號(hào)自記 儀與其相聯(lián)；爆后將振動(dòng)信號(hào)自記儀采集到的振動(dòng)信號(hào)輸入電腦中，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ) 與分析處理；
[0012] 采用薩道夫斯基公式預(yù)測(cè)爆破地震波衰減規(guī)律
[001 引

【權(quán)利要求】
1. 一種基于爆破振動(dòng)測(cè)試的邊坡預(yù)裂爆破開挖損傷控制方法，其特征在于包括如下步 驟： ㈠ 利用爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)地形條件及現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，在邊坡爆破開挖區(qū)后方合 理布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，同一測(cè)點(diǎn)布置一臺(tái)三向振動(dòng)速度傳感器，然后將振動(dòng)信號(hào)自記儀與其相 聯(lián)；爆后將振動(dòng)信號(hào)自記儀采集到的振動(dòng)信號(hào)輸入電腦中，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)與分析處 理；采用薩道夫斯基公式預(yù)測(cè)爆破地震波衰減規(guī)律，進(jìn)行回歸分析，得到不同高差情況下的 衰減規(guī)律的擬合公式；基于回歸規(guī)律，對(duì)不同高差下不同爆心距r處的振動(dòng)速度進(jìn)行計(jì)算； (二)利用聲波檢測(cè)系統(tǒng)，爆破前后分別進(jìn)行聲波測(cè)試，包括單孔和跨孔；繪出不同梯段的 爆前、爆后平均聲波波速隨孔深變化的對(duì)比曲線，選定合理的聲波波速降低率，由曲線確定 巖體損傷區(qū)深度； 曰建立起每一次邊坡梯段爆破時(shí)預(yù)裂爆破所誘發(fā)的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度與相應(yīng)的邊坡 開挖損傷區(qū)深度間的關(guān)系；所述的損傷區(qū)深度由爆前爆后單孔和跨孔聲波檢測(cè)共同確定， 采用單孔和跨孔檢測(cè)的平均值；建立不同高程差和不同爆心距條件下，至少4?5個(gè)測(cè)點(diǎn)位 置的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度與邊坡開挖損傷區(qū)之間的關(guān)系，繪出平均損傷深度與不同爆心距處 的振動(dòng)速度的關(guān)系曲線，并用經(jīng)驗(yàn)公式擬合； ㈣由所需預(yù)測(cè)損傷深度的梯段的爆破地震波衰減規(guī)律公式計(jì)算出不同爆心距處的質(zhì) 點(diǎn)峰值振動(dòng)速度，代入步驟曰中得到的相應(yīng)的不同高差和不同爆心距條件下擬合的經(jīng)驗(yàn)公 式，計(jì)算得到預(yù)測(cè)的損傷區(qū)深度，綜合確定本次梯段爆破時(shí)邊坡?lián)p傷區(qū)深度； ㈤由臺(tái)階保留巖體損傷深度的限定值算出對(duì)應(yīng)的高差和爆心距處的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速 度，再通過(guò)已得到的該梯段的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度衰減規(guī)律，求得單響藥量，并對(duì)每次爆破的 裝藥量進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到控制巖體損傷深度的目的。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于爆破振動(dòng)測(cè)試的邊坡預(yù)裂爆破開挖損傷控制方法，其特征 在于：步驟(-)所述的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括用于檢測(cè)垂直向振動(dòng)速度的垂直檢波儀、用于 檢測(cè)水平徑向和水平切向振動(dòng)速度的水平檢波儀、振動(dòng)信號(hào)自記儀、終端處理器，所述垂直 檢波儀、水平檢波儀與振動(dòng)信號(hào)自記儀相連，繼而振動(dòng)信號(hào)自記儀與終端處理器相連。
【文檔編號(hào)】G01V1/00GK104390537SQ201410491671
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】嚴(yán)鵬, 鄒玉君, 盧文波, 胡英國(guó), 陳明 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)