总结了城区大规模土建施工中爆破开挖对城区建筑物和建筑物基础及边坡稳定的影响及评判方法,讨论了几种边坡稳定安全标准评定方法的特点和适用范围,提出了适用于城区复杂环境下边坡稳定的判断方法:边坡岩石质点临界震动速度判别法及其计算方法。
【关键词】爆破震动 评价方法 临界震动速度
【Abstract】In this paper, base on ChongQing hub 《the urban area of rock cuttings and shallow buried tunnel safety controlling blasting technology》research group has got a large number of monitoring data and the field experience, based on the blasting excavation in large-scale urban construction are summarized in the foundation of the buildings and structures in urban areas and the slope stability of the impact and evaluation method of slope stability are discussed several characteristics and applicable scope of safety standards evaluation methods, put forward the suitable for urban complex environment judgment method of slope stability, slope rock particle vibration velocity critical criterion and its calculation method.
【Key words】Blasting vibration Evaluation method The critical vibration velocity
为保证建(构)筑物的安全,需将爆破震动强度控制在一临界值内。若超过此临界值,就引起建(构)筑物的破坏,这个爆破震动强度临界值称为爆破振动判据。由于建筑物的多样性和地震波波形的千变万化,要定出一个统一的判据是不可能的。
在评价爆破震动对建(构)筑物的危害时,不仅应用位移、速度、加速度作为破坏判据,还应考虑爆破震动持续时间对建(构)筑物的累积破坏作用,振动频率与建(构)筑物固有频率之间的关系等。
1爆破震动评价方法
1.1 速度判别法
点速度可将地震波所携带的能量与所产生的动应力相联系起来,而且质点震速测试较为简便,所以质点震速作为爆破地震效应的衡量指标应用最广泛,生产实践中一定程度上也表明爆破震动速度大小对边坡稳定影响程度是显著的[13]。应用萨道夫斯基公式[14]:
求得震动加速度 后,查表1,便得出对应的地震烈度,据此判别爆破震动对建筑物基础边坡稳定性的影响。有了振动加速度 后,可以以加速度反应时程形式代入式( )中计算爆破对建筑物基础边坡岩石的附加动力影响,再用极限平衡方程来检验安全性。
1.3动应力分析法
式中: 为纵波作用产生的正应力; 为横彼作用产生的剪应力; 为纵波引起的质点震动速度,m/s; 为横波引起的质点震动速度,m/s; 为岩体密度,kg/m3; 为纵波传播速度, ; 为横波传播速度, ;E为动弹性模量; 为泊松比。
根据重庆枢纽爆破施工区边坡稳定性计算选用岩体强度指标参数:岩体密度 =2.14 t/m3,动弹性模量E=0.07~0.09 105kg/cm2,泊松比 =0.34。再根据实测的数据,可计算出研究点因爆破震动所产生的动应力的大小。因为岩体的抗拉强度最低,当不考虑边坡岩体原有应力作用时,可直接采用求得的应力与岩体的抗拉强度Rt进行比较,如果 ≥Rt,则岩石会因爆破震动而破裂;如果 ≤Rt,则爆破震动不会引起边坡岩石破裂。
1.4 等效静荷载法
用Qf与由安全震动临界速度计算出的最大单段药量Q比较验算,当两者接近时,需要减小最大单段药量Q,避免使被保护建(构)筑物因与爆破地震波发生共振而破坏。对于岩石,其自振频率为10~15Hz[4],对于边坡易破坏的薄弱部位距爆源的距离和自振频率代入8式可求出不可取的单发炸药用量范围值,因此对于边坡的开挖爆破就需要避开这一段爆破振动频率。
边坡在施工期间的开挖破坏主要来自于边坡开挖爆破和边坡开挖后围岩的卸载,后者影响程度和范围较小;前者又分为了爆源近区和远区或直接破碎区和爆破震动影响区,对于边坡稳定性主要讨论爆破远区或爆破震动的影响。
2边坡岩石质点临界振动速度的理论计算式
通过理论研究和振动监测数据的反演分析,可确定出岩质边坡的爆破振动安全标准。根据影响边坡失稳的影响因素知:要使边坡失稳,外力(爆破)的合力大于或等于边坡岩石失稳的合力 。对于单位岩石来说,爆破动力加速度可由力学知识知: ,从而可以建立平衡方程 ,对于这个方程中的f,c, ,可以通过地质资料或现场实验获取。 是通过监测数据进行傅立叶频谱分析,选出贡献最大的值(求法见周余奎硕士论文的2.4.3节)。根据理论计算可求得岩石出现破坏时的临界振动速度:
3 结语
本文通过对爆破振动对边坡的影响作用方式分析入手,通过实验对爆破震动的观测资料分析,了解到建筑物的受震破坏不但取决于震动的幅值,而且还与震动频率和持续时间有关。因此一个较合理的安全判据方法是把震动幅值、频谱、和持续时间都纳入定量烈度工程指标中去。因此本文讨论了爆破安全判据制定的方法,并提出了边坡岩石质点临界震动速度的计算式: ,供在以后类似的工程实践中作借鉴。还需要进一步做的工作是,随着计算机技术的发展和广泛应用,爆破地震效应的研究还需用地震工程科学的动力分析方法,将爆破地震进行波谱分析,计算反应谱,并采用动力学振型分解的组合方法分析结构的抗震性能。利用结构动力学的分析方法,分析建筑物结构在爆破地震波作用下的动力反应,计算结构的应力和应变,使爆破地震效应与结构的动力特性和破坏机理结合起来,这才能为分析各种类型的建筑结构的安全标准提供一种科学的方法,对爆破工程的实践才有巨大的指导意义。
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