·508· 北京科技大学学报 2003年第6期 序，其状态方程为非线性结构材料的动力响应模 (1)应力在炮孔周围产生巨大的应力集中， 型，对于模型的处理采用有限元的方法.结合本 并出现了一定范围的拉应力区，拉应力值最大达 工程实际，所研究边坡为岩质边坡，其材料模型 到302MPa,远远大于工作边坡岩石的抗拉强度， 选取弹塑性模型. 这正是岩石爆破所要达到的效果，而在边坡岩体 2.2数值模型的建立 内部，由于岩体内节理裂隙的存在，应力波迅速 数值模拟计算范围包括了整个边坡，通过研 衰减，压应力和拉应力值都很小，未对边坡内部 究边坡中爆破地震波所产生的应力场、速度场、 的岩体造成实质性破坏， 加速度场以及位移场的综合分布情况，分析爆破 (2)坡脚位置质点震动的最大速度，水平方 地震波对整个边坡稳定性的影响程度.除了分析 向为20cm/s,垂直方向为44cms,大于边坡的其 在整个平面上的计算结果外，还对一些典型的位 他位置，因此坡脚是边坡受震动最容易破坏的区 置进行了具体分析，这些位置包括：(1)坡底面 域之一. 点，距离爆破点水平距离2.5m;(2)爆破台阶的 (3)通过分析波形图可以发现，坡底的振幅 坡脚点，距离爆破点4.6m;(3)坡中点；(4)坡顶 最大值出现在波形的第一个振幅上，然后衰减： 面上与坡面走向平行的方向上三个点.边坡单元 而坡顶的最大振幅出现在第二个振幅以后，然后 剖分见图2. 衰减，说明由于坡顶的放大效应造成了最大振幅 的相对滞后 (4)坡顶由于夹制作用小，振动时间持续长， 频率低：而坡底由于围岩的夹制作用，尽管振幅 大，但是频率高，因此，结合最大振幅和频率特 性，坡顶和坡底同样存在破坏危险的区域. (S)各点的位移值均比较小，最大为1.6mm, 因此不是引起破坏的主要因素， 3 模拟计算值与实测值比较 图2边坡计算模型单元划分示意图 数值模拟分析表明，坡底和坡顶处的速度和 Fig.2 Meshes of the slope-computing model 加速度是爆破敏感参量，所以在对爆破现场的实 为了研究爆破震动对已形成边坡的影响及 际监测中，对其进行了重点分析，爆破测试所用 爆破地震波在边坡岩体内的传播规律，进行了水 仪器为美国SAULS公司的NCSC5000型测震仪， 平和垂直坡面两个方向剖面的边坡模拟计算，计 测试参量为测点三个互相垂直方向上的最大速 算模型采用的边坡尺寸及爆破参数见表2.炸药 度分量及最大加速度、频率和位移，计算结果与 参数：p=1gcm',爆速D=3600m/s,C-J压力Pc-, 现场及经验数值相比较，模拟计算数值偏大，一 =1.03GPa,采用JWL状态方程. 般认为爆破产生的震动速度小于22cms时，爆 破震动对边坡不会产生影响，而计算结果值却要 表2模拟边坡尺寸及爆破参数 大许多（见图3）. Table 2 The size and blasting parameters of the simulating 对这一差异，可以从以下两个方面来解释： slope (1)量级的差别.模拟计算时间精确度很高，计算 H/m W/m A/m ho/m 中所用的爆破响应时间仅为微秒级，而现场实测 6.0 1.15 1.45 1.15 的数据如爆破震动速度，爆破震动的响应时间最 φ/mm (ha+h)/m o/kg q/(kg-m) 32 5.6 3.45 0.35 小为毫秒级，大多是在秒级上，时间量级不一致： (2)测震距离的影响.由于采用有限元划分网格 23模拟计算结果分析 的局限，所建模型的大小一般取为一到几个抵抗 通过对边坡体内应力、速度、加速度和位移 线的大小，即1~7m:进行实测时，测震仪距起爆 场数值模拟结果的综合分析，可以得到以下主要 点相对较远，所测数据衰减量更大.另外，计算采 计算结果： 用的响应时间很短，计算得出的应该是冲击波的北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 序 ， 其 状 态 方程 为非线 性 结构 材料 的动 力 响应 模 型 ， 对 于 模 型 的处 理 采 用 有 限元 的方 法 结 合 本 工 程 实 际 ， 所 研 究 边 坡 为 岩 质 边 坡 ， 其 材 料 模 型 选 取 弹 塑 性 模 型 数值模 型 的建 立 数 值 模拟 计 算 范 围包 括 了整 个 边 坡 ， 通 过研 究 边 坡 中爆 破 地 震 波 所 产 生 的应 力场 、 速 度 场 、 加速 度 场 以及 位 移 场 的综 合 分 布 情 况 ， 分 析 爆 破 地 震 波 对 整 个 边坡稳 定性 的影 响程 度 除 了分 析 在整 个平 面 上 的计 算结果 外 ， 还 对 一 些 典型 的位 置 进 行 了具 体 分 析 这 些 位 置 包 括 坡 底 面 点 ， 距 离爆 破 点水 平 距 离 爆 破 台 阶 的 坡 脚 点 ， 距 离爆 破 点 坡 中 点 坡 顶 面 上 与坡 面 走 向平 行 的方 向上 三 个 点 ， 边 坡 单 元 剖分 见 图 千「 飞开 于 宁 于咔一 开于 于任 门勺广， ‘ 二 」仁二勺 必 」 刁灌刁刃 扁升干 、 砚声一」卜于 「 示 呈 厂勺「甲丫尸 丫州产咚一 卜 」 燕 热跳 瀚黯 嘟 抹 称挪遭 滤律幸溉 滋 粼日麟 尔牡陈 二 姗圈圈拼霍母栩 牙眯牛拼本下不要莽翔卜瘫三孚 鬓鬓鑫蓦乏 ， 一 一 一 一 、 阳 攀 蓄卉 人幼因叮 宝 卜 ‘ 「攀 专 定 限二洲 止〔 庵 百 誉 ， 愁 ， 一】 厂戛万「厂 拿 圣 仁 」 旧 卜布 厂丁二口口 奎 「工二口 主 黯撇落井十一 了一 十 日到以 洲 、 一信一 不 厂飞二更 奎 厂 应 力 在 炮 孔 周 围产 生 巨大 的应 力集 中 ， 并 出现 了一 定 范 围 的拉 应 力 区 ， 拉应 力值 最 大达 到 ， 远远 大 于 工 作边 坡 岩石 的抗 拉 强度 ， 这 正 是岩 石 爆破 所 要 达 到 的效 果 而 在边 坡 岩 体 内部 ， 由于 岩 体 内节 理 裂 隙 的存 牲 ， 应 力波 迅速 衰 减 ， 压 应 力 和 拉 应 力 值 都 很 小 ， 未对 边 坡 内部 的岩 体 造 成 实质 性 破 坏 坡 脚 位 置 质 点震 动 的最 大 速 度 ， 水 平方 向为 耐 ， 垂 直 方 向为 而 ， 大 于 边 坡 的其 他位 置 ， 因此 坡脚 是边坡 受 震 动 最 容 易破 坏 的区 域 之 一 通 过 分 析 波 形 图可 以发 现 ， 坡 底 的振 幅 最 大值 出现 在波 形 的第 一 个 振 幅 上 ， 然 后 衰减 而 坡 顶 的最 大振 幅 出现 在 第 二 个 振 幅 以后 ， 然 后 衰 减 ， 说 明 由于 坡 顶 的放 大 效应 造 成 了最 大振 幅 的相 对 滞 后 坡 顶 由于 夹 制 作 用 小 ， 振动 时 间持续 长 ， 频 率 低 而 坡 底 由于 围岩 的夹 制 作用 ， 尽 管 振 幅 大 ， 但 是 频 率 高 因此 ， 结 合 最 大振 幅 和 频 率特 性 ， 坡 顶 和 坡底 同样 存 在 破 坏 危 险 的 区 域 各 点 的位 移 值均 比较 小 ， 最 大 为 ， 因此 不 是 引起 破 坏 的主 要 因 素 图 边 坡 计 算模型 单 元 划 分 示 意 图 一 为 了研 究 爆 破 震 动 对 已 形 成 边 坡 的 影 响 及 爆破 地 震 波在 边坡 岩 体 内的传 播规 律 ， 进 行 了水 平 和 垂 直 坡 面 两 个 方 向剖面 的边坡 模 拟 计 算 ， 计 算模 型采 用 的边 坡 尺 寸及 爆 破 参 数 见表 炸 药 参 数 夕 留 ，， 爆 速 ， 一 压 力 一 ， 采 用 状 态 方 程 · 表 模 拟边坡 尺 寸 及 爆 破参数 山 牙 。 沪 叮 一 ， 模 拟 计 算 结 果 分 析 通过 对 边坡 体 内应 力 、 速 度 、 加速 度 和位 移 场 数 值 模 拟 结 果 的综 合 分 析 ， 可 以得 到 以下 主 要 计 算 结 果 模 拟 计 算值 与 实测 值 比较 数 值 模 拟 分 析 表 明 ， 坡 底 和 坡 顶 处 的速 度 和 加速度 是爆破敏感 参 量 ， 所 以在 对爆破现场 的实 际 监 测 中 ， 对 其 进 行 了重 点 分 析 爆 破 测试 所 用 仪 器 为 美 国 公 司 的 型 测 震 仪 ， 测 试 参 量 为 测 点 三 个 互 相 垂 直 方 向上 的最 大 速 度 分 量 及 最 大 加 速 度 、 频 率 和 位 移 计 算 结 果 与 现 场 及 经 验 数值‘ 相 比较 ， 模 拟 计 算 数值偏 大 ， 一 般 认 为爆破 产 生 的震 动 速 度 小 于 耐 时 ‘ ， 爆 破 震 动 对 边坡 不会 产 生 影 响 ， 而 计 算 结 果值 却 要 大许 多 见 图 对 这 一 差 异 ， 可 以从 以下 两 个 方 面 来 解 释 量 级 的差 别 模 拟 计 算 时 间精确 度 很 高 ， 计 算 中所 用 的爆破 响应 时 间仅 为微秒 级 ， 而 现 场 实测 的数据 如 爆破 震 动 速度 ， 爆破 震 动 的响应 时 间最 小 为毫 秒 级 ， 大 多是在 秒 级 上 ， 时 间量 级 不 一致 测 震 距 离 的影 响 由于 采用 有 限元 划 分 网格 的局 限 ， 所 建 模 型 的大 小一 般 取 为一 到几 个 抵 抗 线 的大 小 ， 即 一 进 行 实 测 时 ， 测 震 仪 距 起 爆 点相对 较 远 ， 所 测 数 据 衰 减 量 更 大 另外 ， 计算 采 用 的 响应 时 间很 短 ， 计 算得 出的应 该 是 冲 击 波 的