D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.06.005 第25卷第6期 北京科技大学学报 Vol.25 No.6 2003年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2003 爆破震动对高速路边坡影响的数值模拟 林士炎)李长洪)乔兰)刘宝许 1)河北省政府办公厅建设环保处，石家庄0500532)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要以京秦高速公路某段路堑边坡爆破开挖为例，采用数值模拟的方法分析了爆破震 动波在边坡介质中的应力场、位移场、速度场等的分布规律，多方面研究了燥破震动效应对 山区高等级公路岩质边坡稳定性的影响，现场振动测试结果验证了数值模拟计算的可靠性， 关键词路堑开挖：爆破震动：岩质边坡：数值模拟：稳定评价 分类号TU451:TD235 边坡稳定性问题是许多山区高速公路工程 挖，地表岩层基本全部棵露，开挖前旧路边坡经 所面临的重要技术问题，来自路堑边坡开挖爆破 常有松动的岩块滑落，坡面岩体节理裂隙发育， 所产生的震动效应，作为一种影响边坡稳定的 多为垂向节理，边坡剖面示意图见图1. 外在因素，得到日益广泛的关注.在不稳定或临 界稳定的边坡上进行边坡施工，爆破震动效应显 图例 得尤为重要，有必要对爆破震动效应进行综合研 Ars]片麻岩 究，将爆破震动对边坡稳定性的影响降到最低。 k5+960钻孔及 京秦高速公路青龙连接线所经区域地处燕 最终边坡 20编号标高 山山脉东段，属山岭重丘区，穿越的地形、地貌及 Ys2花岗岩 地质条件环境复杂，沿线多数路段需采用爆破的 方法进行开挖施工四.工程完工后将出现深路堑 图1边坡剖面示意图 Fig.1 Schematic diagram of the slope section plane 边坡，台阶为具有三个自由面的半路堑开挖体， 上部预留边坡高度最高可达45m,山顶部位有古 1.2岩体力学参数 长城遗址需保护，路基则为高台阶临河边坡 岩体力学参数根据边坡岩样物理力学性质 实验得到，研究路段岩性较为均一，主要是混合 1边坡地质环境特征 岩，多组岩样力学性质基本相似，在模拟计算过 1.1地层岩性 程中采用的物理力学参数取其均值见表1， 采用爆破工程施工路段出露的地层多以燕 山期侵入岩为主，代表岩性为花岗岩、闪长岩：其 表1岩体物理力学参数 Table 1 Parameters of physical-mechanical properties of 次为太古界变质岩，代表岩性为片麻岩、混合岩 the rock 及碎裂状大理岩等：再次为第四系松散堆积物 p/(g.cm)V/(m.s)o/MPa d/MPa E/GPa 花岗岩多为强风化似斑状粗粒结构，全路段穿越 2.89 6520.9 228.159.80 93.49 地形和地质构造条件复杂，有包括褶皱、大断裂 G/GPa C/MPa) 和各种节理裂隙在内的多种地质构造.边坡岩性 118.88 0.283 33.17 43 以碎裂状混合岩和闪长玢岩为主，垂直节理较为 发育，岩石硬度较大，该路段主要沿旧路进行开 2爆破震动数值模拟 2.1爆破数值分析模型的选择 收稿日期2003-03-17 林士炎男，40岁，项士 *国家自然科学基金资助项目(No.50074002) 边坡开挖数值模拟分析采用了DYNA-2D程第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 心】 爆破震动对高速路边坡影响的数值模拟 林士 炎 ‘， 李长 洪 ， 乔 兰 ” 刘 宝 许 ” 河 北省政府 办公 厅 建设 环 保处 ， 石 家庄 北京 科技 大 学土 木 与环 境工 程 学 院 ， 北京 摘 要 以京秦 高速 公 路 某 段 路 堑 边坡 爆破 开 挖 为 例 ， 采用 数 值模拟 的方 法 分 析 了爆 破 震 动 波在 边 坡介质 中的应 力场 、 位 移 场 、 速 度场 等 的分 布 规 律 ， 多方 面研 究 了爆 破 震 动 效应 对 山区 高等 级 公 路岩质 边 坡 稳 定 性 的影 响 现 场 振 动测 试 结果 验 证 了数 值 模拟 计 算 的可 靠 性 关键词 路 堑 开 挖 爆 破 震 动 岩质 边 坡 数值模拟 稳 定评 价 分 类号 边 坡 稳 定 性 问题 是 许 多 山 区 高速 公 路 工 程 所 面 临 的重 要技术 问题 ， 来 自路 堑边坡 开 挖爆破 所 产 生 的震 动 效 应 ‘ ， 作 为 一 种 影 响边 坡 稳 定 的 外在 因素 ， 得 到 日益 广 泛 的关 注 在 不 稳 定 或 临 界稳 定 的边 坡 上进 行 边坡 施 工 ， 爆破 震 动 效应 显 得 尤 为重要 ， 有 必 要对 爆破 震动 效应进行 综合研 究 ， 将 爆 破 震 动 对 边 坡 稳 定性 的影 响 降 到最 低 京 秦 高速 公 路 青 龙 连 接 线 所 经 区 域 地 处 燕 山 山脉 东段 ， 属 山岭 重丘 区 ， 穿越 的地 形 、 地 貌及 地 质条件环 境 复杂 ， 沿 线 多数路 段 需采用 爆破 的 方 法 进 行 开挖 施 工 ‘ ， 工 程 完 工 后 将 出现 深 路 堑 边 坡 ， 台阶 为 具 有 三 个 自由面 的半 路 堑 开 挖 体 ， 上 部 预 留边 坡 高度 最 高可达 ， 山顶 部位 有 古 长 城 遗 址 需保 护 ， 路 基 则 为 高 台阶 临河 边 坡 挖 ， 地 表 岩 层 基 本 全 部裸 露 ， 开 挖 前 旧 路 边 坡 经 常 有松 动 的岩 块 滑 落 ， 坡 面 岩 体 节 理 裂 隙发育 ， 多 为垂 向节 理 ， 边 坡 剖 面 示 意 图见 图 图例 还至到片 麻岩 最终边坡 钻 孔 及 医疆编黔号标 高 匝习花 岗岩 图 边 坡剖面 示 意 图 边 坡地 质环 境 特 征 地 层 岩 性 采 用 爆 破 工 程 施 工 路 段 出 露 的地 层 多 以燕 山期侵 入岩 为主 ， 代 表 岩性 为花 岗岩 、 闪长 岩 其 次 为太 古 界变质 岩 ， 代 表 岩 性 为 片 麻 岩 、 混 合 岩 及 碎 裂状 大 理 岩 等 再 次 为第 四系 松 散堆 积 物 花 岗岩 多为强风 化似 斑状 粗 粒 结构 全 路 段 穿越 地 形 和 地 质 构造 条件 复 杂 ， 有 包 括 褶 皱 、 大 断裂 和 各种 节 理裂 隙在 内的多种 地 质 构造 边 坡 岩 性 以碎 裂状 混 合 岩和 闪长纷 岩 为主 ， 垂 直节 理较 为 发育 ， 岩 石 硬 度较 大 该 路 段 主 要 沿 旧 路 进 行 开 收稿 日期 刁 一 林 士 炎 男 ， 岁 ， 硕 士 国家 自然 科 学基金 资助 项 目 岩 体 力学 参数 岩 体 力 学 参 数 根 据 边 坡 岩 样 物 理 力 学 性 质 实验 得 到 ， 研 究 路 段 岩 性 较 为均 一 ， 主 要 是 混 合 岩 ， 多组 岩 样 力 学性 质 基 本 相 似 ， 在模拟 计 算过 程 中采用 的物 理 力学 参 数 取 其 均 值 见表 表 岩 体物 理 力学参数 一 功 · 刁 · 一 ， 口刀吐 曰 价 刀 爆 破震 动 数值模 拟 爆 破 数 值 分析模 型 的选 择 边 坡 开挖 数 值 模 拟 分 析 采 用 了 一 程 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．06．005