土木工程

基于爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)的巖石邊坡開(kāi)挖損傷區(qū)預(yù)測(cè)

嚴(yán)鵬，鄒玉君，盧文波，等

摘要：目的：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、烏東德和向家壩及雅礱江上的錦屏一級(jí)等工程，地勢(shì)險(xiǎn)峻，坡體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地質(zhì)條件差，開(kāi)挖技術(shù)要求高，開(kāi)挖規(guī)模大且歷時(shí)長(zhǎng)，邊坡施工期安全穩(wěn)定問(wèn)題嚴(yán)峻。巖質(zhì)邊坡爆破開(kāi)挖時(shí)，爆炸荷載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，形成所謂的開(kāi)挖損傷區(qū)。該損傷區(qū)在施工期間受到后續(xù)開(kāi)挖擾動(dòng)、降雨等不利因素的作用而不斷演化擴(kuò)展，對(duì)坡體的局部及整體穩(wěn)定性和施工安全十分不利。尤其是隨著開(kāi)挖臺(tái)階的不斷下降，邊坡越來(lái)越高陡，需要更加嚴(yán)格控制開(kāi)挖爆破對(duì)高邊坡穩(wěn)定的影響。快速而準(zhǔn)確地確定邊坡爆破開(kāi)挖損傷區(qū)，合理有效地控制巖體爆破影響范圍，對(duì)確保施工安全、防止邊坡滑坡造成人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失具有重要意義。巖石邊坡爆破開(kāi)挖損傷范圍的判定主要依靠開(kāi)挖完成后的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)完成，巖體鉆孔聲波測(cè)試法測(cè)試較為方便、效率高，采用水耦合，成果易判讀，精度也較高，已經(jīng)寫(xiě)入相關(guān)規(guī)范中，在巖體工程中得到了普遍的應(yīng)用。另一方面，邊坡開(kāi)挖爆破振動(dòng)控制已經(jīng)成為減小爆破損傷、保證高陡邊坡工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵之一。大量研究和工程實(shí)踐表明，邊坡爆破開(kāi)挖誘發(fā)的振動(dòng)與巖體爆破損傷深度之間具有較好的相關(guān)性。因此，通過(guò)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，利用質(zhì)點(diǎn)峰值速度與損傷范圍之間的關(guān)系便可以確定預(yù)裂爆破的損傷范圍，而且爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方便快捷，利用振動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)邊坡?lián)p傷，是一個(gè)快速經(jīng)濟(jì)的方法。本文以白鶴灘水電站左岸壩肩槽建基面開(kāi)挖為背景，邊坡爆破開(kāi)挖時(shí)在固定距離處進(jìn)行了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，開(kāi)挖后利用聲波檢測(cè)方法得到了邊坡中部區(qū)域的開(kāi)挖損傷，通過(guò)回歸分析建立邊坡中部的實(shí)測(cè)爆破損傷與固定爆心距處爆破振動(dòng)峰值之間的關(guān)系，并利用后續(xù)梯段對(duì)該關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證和修正。方法：對(duì)白鶴灘水電站左岸834.0～770.0 m高程壩肩槽邊坡7個(gè)梯段的爆破開(kāi)挖方案進(jìn)行優(yōu)選，確定爆破參數(shù)，每個(gè)梯段爆破開(kāi)挖后都對(duì)保留巖體進(jìn)行爆破損傷測(cè)定，爆破損傷深度探測(cè)采用聲波測(cè)試進(jìn)行。根據(jù)爆孔下爆后聲波波速與爆前波速的差距隨孔深逐漸減小的變化特點(diǎn)，以爆后波速下降率10%作為判定基巖松動(dòng)的依據(jù)，得到各梯段的損傷深度。通過(guò)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，采用薩道夫斯基公式回歸分析得到 1～6梯段的振動(dòng)衰減規(guī)律。研究質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度衰減規(guī)律與對(duì)應(yīng)爆破影響下保留巖體損傷深度的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)回歸分析建立不同爆心距處質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度與損傷深度的關(guān)系，利用此關(guān)系和爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果便可對(duì)以后梯段的爆破損傷深度進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果：在后續(xù)拱肩槽開(kāi)挖施工中，選取了第7梯段爆破對(duì)上述預(yù)測(cè)理論進(jìn)行驗(yàn)證。與前6個(gè)梯段一樣，得到了爆破地震波水平徑向的衰減規(guī)律，計(jì)算出不同爆心距處的振動(dòng)速度，代入得到的質(zhì)點(diǎn)峰值速度與損傷深度之間的擬合公式中，得到了預(yù)測(cè)損傷深度：最大損傷深度為1.15 m，平均損傷深度為0.86 m。第7梯段實(shí)測(cè)損傷深度結(jié)果如下：最大損傷深度為1.10 m，平均損傷深度為0.88 m?？梢?jiàn)，預(yù)測(cè)損傷深度與實(shí)測(cè)損傷深度符合得很好，證明了本文所建議的方法的合理性。結(jié)論：通過(guò)對(duì)白鶴灘水電站左岸834.0～770.0 m高程壩肩槽邊坡爆破開(kāi)挖的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和對(duì)保留巖體的損傷檢測(cè)，分析了1～6梯段的振動(dòng)衰減規(guī)律，建立了不同爆心距處質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度與損傷深度的關(guān)系，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸的結(jié)果表明，爆破振動(dòng)與保留巖體的損傷深度之間的相關(guān)性良好。通過(guò)對(duì)下一梯段的振動(dòng)監(jiān)測(cè)得到其預(yù)裂爆破的振動(dòng)衰減規(guī)律，就可以利用前幾個(gè)梯段中預(yù)裂爆破與保留巖體損傷深度之間的關(guān)系預(yù)測(cè)下一梯段的損傷范圍，此方法簡(jiǎn)便可行，可以大大減少聲波測(cè)試的工作量，提高工作效率，同時(shí)預(yù)測(cè)精度可滿足工程需要，可以及時(shí)迅速地獲得邊坡開(kāi)挖損傷范圍，指導(dǎo)邊坡支護(hù)施工。對(duì)白鶴灘水電站左岸壩肩槽邊坡爆破開(kāi)挖，采用本文提出的方法預(yù)測(cè)的損傷深度與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果基本相符，證明了所建議的方法的可行性?？紤]到地質(zhì)條件、開(kāi)挖造成的地貌改變等因素，需要增加其他因素作為回歸要素，如梯段高度、炮孔直徑、最大單響藥量、坡體的地質(zhì)強(qiáng)度分類(lèi)等，或者增加部分關(guān)鍵部位的聲波檢測(cè)，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正補(bǔ)充，以進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)的精度、擴(kuò)大本方法的應(yīng)用范圍。

來(lái)源出版物：巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2016, 35(3): 538-548

入選年份：2016