·650· 北京科技大学学报 第33卷 参数如表1所示. 表1折减后岩石物理力学性质参数 Table I Parameters of physical and mechanical properties of rock after being deducted 岩石 天然密度/ 抗压强度/ 体积模量/ 抗拉强度/ 黏聚力/ 剪切模量/ 内摩擦角/ 泊松比 名称 (kg'm-3) MPa GPa MPa MPa GPa () 矿石 3125.017 24.92 3.254 0.23 1.85 1.08 2.143 47.13 混合岩 2663.212 36.60 3.552 0.20 2.43 1.42 2.641 44.51 灰岩 2684.943 27.00 5.329 0.225 1.66 1.25 3.589 41.42 2.5本构模型 速度分量 本次计算采用Mohr-Coulomb准则，即弹塑性模 图3和图4为爆破实测振动波形和在静力边界 型，其力学模型为 上输入应力荷载得到的响应. 1 singe-2C f.=01-03 I-sing 1+sing 1-sing (4) 式中，∫为剪切应力，σ1σ3分别是最大和最小主应 06 力，C、分别是内聚力和内摩擦角.当f>0时，材 02 料发生剪切破坏.在拉应力状态下，如果拉应力超 -02 -06 过材料的抗拉强度，材料将发生拉破坏 -10 2.6爆破震动荷载输入 有关研究和实践证明，地震波的震动强度可用 02903103303503730 质点振动位移、速度和加速度三个物理量来表达. 图3爆破实测震动波形 震动速度既能反映震动能量大小，又与爆破产生的 Fig.3 Seismic waves during actual blasting 动应力成正比，且测试方便可靠，因此观测物理量以 质点震动速度为主.本文利用成都中科动态仪 器有限公司研制的IDTS3850测试仪器，并利用爆破 振动信号处理专用软件作关于爆破产生的振动速度 、测点与爆心的距离R、最大一段装药量Q线性回 归曲线，结合永平露天转地下开采的实际情况，得出 在露天爆破最大装药量和爆心距最小时，研究区域 内爆破震动最大幅值为5.044cm·s-1,动载荷的主 0号 101520 t/s 频为60Hz,震动时间为0.56s. 在黏性边界上输入动载荷，须输入应力时程，因 图4黏性边界上输入应力荷载得到的响应 Fig.4 Response obtained through inputting stress loads on 为黏性边界上的作用力是根据边界上的速度分量计 the sticky border 算得到的，如果再施加速度荷载就会使黏性边界失 效，所以应将速度时程通过转换公式形成应力时程 施加到黏性边界上.本文在动力分析时，利用 3模拟结果分析 FLAC3D内置的Fish函数，通过在边界节点或内部节 3.1塑性区分析 点上输入动力荷载时程来实现动力加载，利用公式 图5为洞室群在动载荷施加前后的塑性区域分 将速度时程转变为应力时程回，矿岩介质P波、$ 布图.从图可以看出，洞室群开挖围岩塑性分布与 波的速度是通过前期的井下声波测量获得. 矿柱回采下围岩塑性分布状况相差不大，这说明矿 「o。=-2(pC,)un 柱的回采对洞室群稳定性影响较小.施加爆破动力 (5) o,=-2(pC,)v, 荷载后，洞室周边的塑性区分布较广，其中以剪切塑 式中，σ、σ，分别为施加在黏性边界上的法向应力和 性区为主，且主要集中在洞室壁；另外，在洞室间交 切向应力，p为介质密度，C。、C,分别为介质P波和 叉区域处也呈现出塑性分布，但塑性区未贯通.通 S波的波速，v。,分别为模型边界上法向和切向的 过对动力荷载施加前后的塑性区分布情况的比较可北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 参数如表 1 所示． 表 1 折减后岩石物理力学性质参数 Table 1 Parameters of physical and mechanical properties of rock after being deducted 岩石 名称 天然密度/ ( kg·m － 3 ) 抗压强度/ MPa 体积模量/ GPa 泊松比 抗拉强度/ MPa 黏聚力/ MPa 剪切模量/ GPa 内摩擦角/ ( °) 矿石 3 125. 017 24. 92 3. 254 0. 23 1. 85 1. 08 2. 143 47. 13 混合岩 2 663. 212 36. 60 3. 552 0. 20 2. 43 1. 42 2. 641 44. 51 灰岩 2 684. 943 27. 00 5. 329 0. 225 1. 66 1. 25 3. 589 41. 42 2. 5 本构模型 本次计算采用 Mohr-Coulomb 准则，即弹塑性模 型，其力学模型为 fs = σ1 － σ3 1 + sinφ 1 － sinφ － 2C 1 + sinφ 槡1 － sinφ ( 4) 式中，fs 为剪切应力，σ1、σ3 分别是最大和最小主应 力，C、φ 分别是内聚力和内摩擦角． 当 fs ＞ 0 时，材 料发生剪切破坏． 在拉应力状态下，如果拉应力超 过材料的抗拉强度，材料将发生拉破坏． 2. 6 爆破震动荷载输入 有关研究和实践证明，地震波的震动强度可用 质点振动位移、速度和加速度三个物理量来表达． 震动速度既能反映震动能量大小，又与爆破产生的 动应力成正比，且测试方便可靠，因此观测物理量以 质点震动速度为主［11］． 本文利用成都中科动态仪 器有限公司研制的 IDTS3850 测试仪器，并利用爆破 振动信号处理专用软件作关于爆破产生的振动速度 v、测点与爆心的距离 R、最大一段装药量 Q 线性回 归曲线，结合永平露天转地下开采的实际情况，得出 在露天爆破最大装药量和爆心距最小时，研究区域 内爆破震动最大幅值为 5. 044 cm·s － 1 ，动载荷的主 频为 60 Hz，震动时间为 0. 56 s． 在黏性边界上输入动载荷，须输入应力时程，因 为黏性边界上的作用力是根据边界上的速度分量计 算得到的，如果再施加速度荷载就会使黏性边界失 效，所以应将速度时程通过转换公式形成应力时程 施加到 黏 性 边 界 上． 本文在动力分析时，利 用 FLAC3D 内置的 Fish 函数，通过在边界节点或内部节 点上输入动力荷载时程来实现动力加载，利用公式 将速度时程转变为应力时程［12］，矿岩介质 P 波、S 波的速度是通过前期的井下声波测量获得． σn = － 2( ρCp ) vn σs = － 2( ρCs { ) vs ( 5) 式中，σ、σs 分别为施加在黏性边界上的法向应力和 切向应力，ρ 为介质密度，Cp、Cs 分别为介质 P 波和 S 波的波速，vn、vs 分别为模型边界上法向和切向的 速度分量． 图 3 和图 4 为爆破实测振动波形和在静力边界 上输入应力荷载得到的响应． 图 3 爆破实测震动波形 Fig． 3 Seismic waves during actual blasting 图 4 黏性边界上输入应力荷载得到的响应 Fig． 4 Response obtained through inputting stress loads on the sticky border 3 模拟结果分析 3. 1 塑性区分析 图 5 为洞室群在动载荷施加前后的塑性区域分 布图． 从图可以看出，洞室群开挖围岩塑性分布与 矿柱回采下围岩塑性分布状况相差不大，这说明矿 柱的回采对洞室群稳定性影响较小． 施加爆破动力 荷载后，洞室周边的塑性区分布较广，其中以剪切塑 性区为主，且主要集中在洞室壁; 另外，在洞室间交 叉区域处也呈现出塑性分布，但塑性区未贯通． 通 过对动力荷载施加前后的塑性区分布情况的比较可 ·650·