核电站基岩爆破开挖损伤区研究
多场耦合下层状岩体损伤破裂过程及隧道开挖损伤区评估
结论
结论
深部岩体多场耦合分析及地下空间开挖卸荷作为前沿领域，对于理解地球内 部结构和探索地下空间具有重要意义。多场耦合分析在地下空间开挖中具有广泛 应用，可以为相关领域提供理论和实践指导。随着科技的不断发展，未来对于深 部岩体多场耦合分析及地下空间开挖卸荷的研究将更加深入，为人类工程活动提 供更加准确、可靠的理论支撑和实践指导。
研究结果与分析
3、通过对比分析理论分析与数值模拟的结果，发现两者在反映层状岩体损伤 破裂过程及隧道开挖损伤区评估方面具有较好的一致性。但在具体细节方面，如 损伤区边界的确定、破裂模式的选取等方面仍存在一定差异，需要结合实际工程 情况加以修正和完善。
结论与展望
结论与展望
本次演示通过对多场耦合下层状岩体损伤破裂过程及隧道开挖损伤区评估的 研究，揭示了层状岩体在多场耦合作用下的非线性行为和复杂性。同时，通过理 论分析、数值模拟和实验验证等方法，提出了一种综合评估隧道开挖损伤区的思 路和方法。然而，仍存在以下问题和不足：
结论与展望
3、结合现代计算技术和大数据分析方法，开发更为高效和智能的计算模型和 算法，以提高隧道开挖损伤区评估的准确性和效率；
结论与展望
4、从系统工程角度出发，综合考虑隧道工程中的多场耦合问题、岩体损伤破 裂风险以及施工安全等因素，开展系统性的理论研究和实践探索，以推动隧道工 程领域的可持续发展。
多场耦合下层状岩体损伤破裂 过程及隧道开挖损伤区评估
01 引言
目录
02 相关研究综述
03 本次演示研究方法
04 研究结果与分析
05 结论与展望
06 参考内容
引言
引言
层状岩体在多场耦合作用下，其损伤破裂过程及隧道开挖损伤区的评估具有 重要意义。本次演示旨在探讨多场耦合作用下层状岩体损伤破裂的机理，提出隧 道开挖损伤区的评估方法，为工程实践提供理论指导和技术支持。
地下洞室爆破开挖诱发围岩损伤特性及PPV阈值研究
第38卷第2期振动与冲击JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.38 No.2 2019地下洞室爆破开挖诱发围岩损伤特性及P P V阈值研究杨建华，吴泽南，姚池，蒋水华(南昌大学建筑工程学院，南昌330031)主商要：地下洞室爆破开挖产生的围岩损伤主要由爆破荷载和地应力重分布共同作用引起。
针对圆形隧洞全断面毫秒延迟爆破开挖过程，采用LS-D Y N A有限元数值模拟研究了不同地应力水平下爆破开挖诱发围岩损伤的机理及爆破损伤P P V阈值变化规律。
研究表明:地应力对爆破荷载产生的张拉损伤起抑制作用，高地应力条件下，爆破荷载产生的岩体损伤仅限于围岩表层，地应力重分布引起的岩体压剪破坏是围岩中大范围损伤区形成的主要原因;爆破过程中开挖面上地应力瞬态释放所产生的附加动应力也是影响围岩损伤的重要因素，相比于准静态卸荷，地应力瞬态卸荷产生的围岩损伤范围更大;随着地应力水平的提高，岩体爆破损伤的P P V阈值呈先增大后减小的变化趋势，地下洞室爆破安全振动控制标准应考虑地应力状态的影响。
关键词：地下洞室;爆破;地应力;岩体损伤;P P V阈值中图分类号：TD235.1 文献标志码： A DO I:10. k i.jM.2019.02.020 Characteristics and PPV thresholds of rock damages under underground bltisting excavationYANGJianhua, WUZenan, YAOChi, JIANGShuihua(School of Civil Engineering and Architecture，Nanchang University，Nanchang 330031，China)Abstract! W h en u n d e r g r o u n d o p e n in g s a r e e x c a v a te d w it li th e d r ill a n d b la s t m e tlio d，t h e r o c k d a m a g e s u r r o u n d in go p e n in g s is in d u c e d m a in ly b y t h e c o m b in e d e ffe c ts o f b la s t lo a d in g a n d in s it u s tr e s s r e d is tr ib u tio n.F o r a c ir c u la r tu n n e le x c a v a te d w it h t h ef u ll-fa ce m illise c o n d d e la y b la s ting m e tiio d，a n u m e r ic a l m o d e l w a s e sta b lish e d t o in v e s tig a te t h em e c h a n ism o f r o c k d a m a g e u n d e r d iffe r e n t s tr e s s levels.T h e P P V th r e s h o ld s fo r t h e in iti stu d ie d.T h e n u m e r ic a l s tu d ie s w e r e p e r fo r m e d b y u sin g th e fin ite e le m e n t s o ft w a r e L S-DYNA.T h e r e s u lts s h o w t h a t t h ete n sile fa ilu r e o f r o c k c a u se d b y b la st lo a d in g is su p p r e s s e d b y in s it u stre sse s.W h en t h e in s it u s tr e s s r e a c h e s a h ig h e r level，t h e b la st-in d u c e d d a m a g e is d is tr ib u te d o n ly in th e im m e d ia te v ic in ity o f tu n n e l w a lls.T h e s tr e s s r e d is tr ib u tio n c a nc a u se a w ide r d a m a g e z o n e o n th e tu n n e l p r o file in a c o m p re ssio n-sh e a r m o d e.T h e a d d itio n a l d y n a m ic s tr e s s t h a t a r is e sfr o m t h e tr a n s ie n t s tr e s s r e le a se o n b la st-c re a te d e x c a v a tio n s u r fa c e s is a n o t!ie r im p o r ta n t fa c to r a ffe c tin g t h e b e h a v io r o fr o c k d a m a g e s.C o m p a r e d w it h th e q u a si-sta tic s t r e s s re d is tr ib u tio n，t h e tr a n s ie n t s tr e s s r e le a se g e n e r a te s a la r g e r d a m a g e zo n e.W ith t h e in c r e a s e o f th e in s it u s tr e s s levels，t h e P P V th resh o ld s fo r t h e in itia tio nth e n d e c re a se.T h e re fo re，u n d e r u n d e r g r o u n d b la s tin g e x c a v a tio n，th e in flu e n c e o f in s it u s tr e s s o n b la st d a m a g e s h o u ld b ec o n side r e d in th e s a fe ty c o n tr o l s ta n d a r d s of b la sting v ib r a tio n s.Key w ords：u n d e r g r o u n d o p e n in g；b la stin g; in s it u stre ss; r o c k d am a g e; p e a k p a r tic le v e lo c ity随着我国西南地区水电建设的进一步深入以及矿 藏资源开采量的日益增加，地下洞室开挖越来越多且 不断走向深部岩体。
爆破开采诱发周边岩体损伤破裂的数值模拟研究
爆破开采诱发周边岩体损伤破裂的数值模拟研究潘鹏飞;孙厚广;韩忠和;冯春;郭汝坤;李世海【摘要】基于连续-非连续单元方法( CDEM)中的朗道点火爆炸模型及拉剪复合应变软化模型,探讨了爆破开采与炮孔周边岩体损伤破裂程度的对应关系。
通过量纲分析,确定了爆破诱发岩体损伤破裂的主要影响因素；通过应变软化的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,详细探讨了不同黏聚力及抗拉强度下,炮孔周边岩体的损伤因子随爆破距离的变化规律。
数值计算结果表明：炮孔附近以压剪破坏为主,岩体处于完全损伤状态,出现具有一定半径的密集破碎带；在远离炮孔的区域,以张拉破坏为主,出现若干条贯通性的张拉裂缝；损伤因子随爆破距离的增加呈指数型衰减,并拟合获得了损伤因子与无量纲爆破距离、无量纲黏聚力及无量纲抗拉强度间的函数关系；强损伤区(损伤因子大于0．9的区域)的临界半径一般在2．5~5．5 m,仅受黏聚力控制；弱损伤区(损伤因子小于0．1的区域)的临界半径一般大于8 m,受黏聚力及抗拉强度的联合控制。
%Based on Landau firing blasting model and strain softening shear tensile composite constitutive model in Con-tinuum-discontinuum Element Method( CDEM) ,the relationship between blasting mining and damage fracture degree of rock mass surrounding the bore hole is discussed. According to dimensional analysis,the major influence factors related to the dam-age and fracture process of rock mass under blasting load are determined. By adopting Mohr-Coulomb model and maximal ten-sile stress model considering strain softening effect,the relationship between damage factors of rock mass and blasting distance under different cohesion and tensile strength is studied. Numerical results show that,a dense fracture zone withcompressive shear failure appears near the bore hole,and the rock mass in this zone is totally damaged. In the area far from the hole,the major failure pattern is tensile failure,and some straight tensile fractures appear in this area. With the increase of blasting dis-tance,the damage factor decreases gradually with decaying exponential pattern,and the fitting function between damage factor and dimensionless blasting distance,dimensionless cohesion and dimensionless tensile strength is obtained. The critical radius of strong damage region(the area damage factor greater than 0. 9) varies about from 2. 5 m to 5. 5 m,only controlled by cohe-sion. The critical radius of weak damage region(the area damage factor less than 0. 1) is generally greater than 8 m,and con-trolled by cohesion and tensile strength.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】7页(P1-7)【关键词】爆破开采;岩体;数值模拟;渐进破坏;损伤因子【作者】潘鹏飞;孙厚广;韩忠和;冯春;郭汝坤;李世海【作者单位】鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司，辽宁鞍山114000;鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司，辽宁鞍山114000;鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司，辽宁鞍山114000;中国科学院力学研究所，北京100190; 流固耦合系统力学重点实验室，北京100190;中国科学院力学研究所，北京100190; 流固耦合系统力学重点实验室，北京100190;中国科学院力学研究所，北京100190; 流固耦合系统力学重点实验室，北京100190【正文语种】中文【中图分类】TD231.1炸药起爆后，爆区内的岩体在爆炸应力波及爆生气体的双重作用下发生损伤破裂，进而解体为具有一定块度分布的爆堆；爆区外一定距离的岩体也在强烈的地冲击作用下，出现一定程度的损伤破裂；爆区外更远距离的岩体，由于所受到的爆炸应力波幅值小于岩体的动态强度，因此仅发生弹性变形。
硬岩隧洞围岩的爆破破裂范围研究
硬岩隧洞围岩的爆破破裂范围研究ZHANG Kui【摘要】针对硬岩爆破开挖工程,基于岩石爆破损伤理论和应力波理论,得到与纵波波速相关的硬岩破裂判据,给出了工程中确定爆破破裂范围的方法.在硬岩隧洞开挖后的横断面布置垂直断面轮廓线的声波孔,利用超声波仪器在声波孔内开展纵波波速测试,由测试得到声波孔内各测点的纵波波速,当爆破后的纵波波速相对爆破前的数值下降超过15％时,可判断该部位处于爆破破裂区内,从而得到洞壁的爆破破裂深度.研究结果表明,隧道围岩的爆破破裂深度为0.6～1.0m,大约为隧洞横断面半径的9.4％～15.7％.爆破破裂范围不大,在安全允许范围内.【期刊名称】《湖南理工学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(032)002【总页数】6页(P61-66)【关键词】岩石力学;损伤;爆破;钻孔声波波速试验;破裂【作者】ZHANG Kui【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TU45;TD2350 引言岩石爆破开挖工程是利用炸药爆炸产生的高强度冲击作用破坏岩石.爆炸作用除了破碎设计开挖的岩石外,还会不可避免地对爆炸近区周边保留围岩产生压缩、破裂作用和对远离爆区的围岩产生振动失稳作用.对于软岩隧洞,由于软岩的破坏与变形主要表现为弹塑性,爆破开挖后软岩隧洞周边的破坏区主要为塑性区.对于硬岩隧洞,由于硬岩的破坏与变形主要表现为弹脆性,因此,爆破开挖后硬岩隧洞周边主要形成破裂区(或者松动圈).在上世纪很长一段时间内,由于对围岩自稳性作用的认识不够深刻,爆破工程界通常只关注远离爆破区域的爆破振动效应,即爆破开挖工程安全生产评估主要考虑爆破振动效应.进入本世纪以来,随着对安全生产重视的增加,工程界对保留围岩的自稳性的认识和重视也不断增加,人们逐渐认识到：相比远离爆区围岩的稳定性,爆炸近区围岩的稳定性在安全生产评估中的地位更高,尤其是在硬岩开挖工程中.因为在硬岩隧洞周边的爆破破裂区内,围岩被宏观裂纹切割,围岩的稳定性由裂纹张开程度和切割程度决定,这会导致硬岩开挖工程容易出现冒顶和片帮等由破裂引起的危险现象.合理评估硬岩爆破破裂影响范围有助于科学地评价围岩的自稳性,从而为支护设计提供参考,节约围岩支护成本.因此,目前硬岩爆破破裂范围研究是岩石爆破工程领域研究的热点之一.爆破属于高应变率动态作用问题,受技术水平限制,通常岩石内部破裂裂纹的发展很难被直接观察和追踪,爆破破裂问题不能采用常规室内试验方法进行研究.目前研究岩石爆破破裂范围的主要方法为现场试验和数值模拟.研究的理论基础主要是弹塑性力学、弹性断裂力学、弹性弹塑性损伤和应力波理论等[1～5].现场试验主要是钻孔声波波速试验,该试验不是通过直接观察裂纹来确定破裂影响区,而是利用与破裂密切相关的声学特性间接确定破裂区,因为岩石破裂后的声波波速相对破裂前会下降.钻孔声波波速试验需要在现场对爆破开挖前后的岩体钻孔,利用超声波仪器在孔内测定各测点的纵波波速.对比同一测点在爆破前后的波速,当爆破后的数值相比爆破前的数值减小超过10%～15%[6～7]时,可判定测点处于破裂区或者受爆破破裂影响.通过测定破裂区边缘(破裂区和未破裂区交界)的测点,可以估计爆破破裂范围.岩石爆破破裂范围的数值模拟研究主要指应用弹塑性本构模型、弹性断裂力学本构模型和弹塑性损伤本构模型等进行爆破数值模拟[8～13].数值计算方法主要为有限元法和有限差分法.这些数值计算模型判断岩石破裂的参数分别为拉应力、应力强度因子和损伤变量.如果数值单元的拉应力超过抗拉强度、应力强度因子超过断裂韧性和损伤变量超过临界损伤值(0.19～0.50[6～15])时,就可以判断单元处于破裂带内,从而得到整个破裂区.由于损伤力学对岩石变形与破坏的解释比弹塑性理论和断裂力学理论都更合理,且损伤力学可以通过损伤变量的变化判定研究对象如何破裂失效等,因此,爆破损伤理论广泛应用于爆破数值模拟和指导现场试验.常用的爆破数值模型,包括弹塑性模型、断裂力学模型和损伤模型,通常是均质和各向同性的[6],而爆破开挖的对象实际上为岩体,岩体一般是非均质性的和各向异性的,其力学性质比各向同性和均质的岩石材料复杂,这会导致数值试验结果和现场实测结果有一定差距,且这种差距会随现场条件复杂性的增加而增大[7].此外,数值模拟结果也需要通过现场试验进行验证.因此,对于实际工程,通过现场试验确定破裂范围是很有必要的.例如,熊海华[16]等、夏祥[17]等和李鸿[18]等均利用现场钻孔声波试验确定实际工程的爆破破裂范围.本文针对实际硬岩隧洞爆破开挖工程,以损伤力学理论和应力波理论为指导,利用超声波仪器在现场隧洞横断面上进行钻孔声波波速试验,通过试验测定爆破前后声波波速的变化,从而确定隧道断面围岩的爆破破裂深度,为实际工程评估爆破开挖安全稳定性等提供参考.1 硬岩爆破破裂的损伤理论及工程应用1.1 基于爆破损伤理论的破裂判据现有爆破损伤理论模型适用于研究硬岩的力学性质,它们着眼于细观单元[8～15],假设在爆破动荷载作用下细观单元的损伤演化由单元中激活的裂纹数量决定.损伤变量定义的一般形式为[6～15]：其中D 为单元损伤变量,属于标量,0≤D≤1；Cd为爆破动力作用激活的裂纹密度；fD(Cd)为以裂纹密度为自变量的损伤函数.激活的裂纹密度的一般表达式为[7]：其中εij为应变张量分量；为以应变率张量分量ij和应变张量分量εij为自变量的裂纹密度函数.对于硬岩,通常假设为弹脆性材料,根据损伤力学则假设为弹性损伤材料.如果假设硬岩细观单元发生破坏的概率大小等于损伤变量D,那么单元发生破坏的概率随着激活裂纹密度 Cd的增大而增加,最终趋于1.因此,随着动力持续作用,硬岩单元逐渐产生弹性损伤,发生弹脆性破坏的概率也不断增大.爆破损伤模型通常假设损伤变量影响硬岩的弹性参数,对于弹性参数,有下列关系式成立：图1 刚度参数和损伤变量之间的关系其中K′、G′和E′分别为爆破损伤作用前岩石的体积模量、剪切模量和弹性模量；K、G和E 分别为损伤岩石的体积模量、剪切模量和弹性模量；μ′和μ 为分别为爆破损伤作用前岩石的泊松比和损伤岩石的泊松比.由于泊松比对爆破损伤计算结果的影响不大,通常假设损伤不影响泊松比[12],因此,有式(6)成立.由式(3)～(5)可知,损伤不断增加将降低岩石的刚度.损伤对岩石刚度参数的影响如图1所示.从图1 可以直观地看出,损伤岩石的体积模量、剪切模量和弹性模量随损伤变量线性递减.根据细观损伤力学,在动力作用下,细观单元的裂纹密度不断增加,从而引起损伤变量也不断增加.当裂纹密度增长到一定程度时,损伤累积也达到一定程度时,单元产生宏观断裂破坏.对于产生宏观破裂的岩石单元,其损伤变量满足其中Df是临界损伤变量值,即岩石单元刚好产生破裂的损伤值.如图1所示,D=Df 与刚度参数和损伤变量的直线相交于点B,AB 段表示损伤累积但尚未产生宏观断裂,BC 段表示损伤累积导致宏观断裂破坏.现有研究表明[6～7],Df=0.1～0.5.岩石脆性越显著,Df越小.1.2 损伤变量和纵波波速变化之间的关系式(1)和式(2)表明,岩石爆破损伤与应变率相关,属于动态损伤问题.由于爆破破裂区应变率很高,Df需要通过高应变率动态加载试验获取,而这种试验属于非常规试验,比较难实现,因此,工程应用中通常根据应力波理论和损伤力学之间的联系得到Df[7].根据一维弹性纵波理论,岩石单元的纵波波速和弹性模量之间的关系可以采用下式近似表示[19]：其中c和c′分别为动态损伤岩石的纵波波速和损伤作用前岩石的纵波波速.ρ和ρ′分别为动态损伤岩石的密度和损伤作用前岩石的密度.相对软岩,硬岩在爆破动力作用过程中的变形不大,可以假设硬岩破裂变形属于小变形,因此可以进一步假设硬岩爆破损伤前后岩石的密度变化不大,即联立式(8)和式(9),有根据式(5)和式(10),损伤变量和纵波波速之间的关系为相对爆破前,爆破后岩石的力学性质会发生劣化,表现为纵波波速下降.当爆破前后岩石纵波波速下降率达到临界值时,可以判断岩石处于破裂状态[6,2,19].根据式(11),破裂岩石的损伤变量临界值可表示为[7]：其中 cf为临界纵波波速,即损伤变量达到临界值Df的单元的纵波波速.1.3 工程应用对于实际工程,根据《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(DL/T5389-2007),当爆破前后岩石纵波波速下降率达到15%时,可以判断岩石受爆破破裂影响或者处于破裂状态.此时,根据式(12),破裂区岩石的损伤变量和纵波波速满足下列关系式[7]：式(14)为工程中钻孔声波波速试验判断岩石破裂的依据.在实际工程现场利用钻孔声波波速试验确定爆破破裂范围时,若同一测点的纵波波速满足式(14),则判定该测点位于破裂区内.2 现场试验2.1 现场试验概况(1)爆破参数和场地条件爆破场地的岩石为灰色～深灰色、致密状石灰岩,弱风化～未风化,质地坚硬,显脆性.岩石密度为2530～2755kg/m3,单轴静抗压强度为60～150 MPa,弹性模量为18～60 GPa,纵波波速为2500～5000m/s.岩体完整程度描述为较完整～较破碎.隧洞开挖半径为6.35m,采用微差分段起爆方式,典型的钻爆设计图如图2所示.典型的钻爆参数见表1.炸药为2#岩石乳化炸药,炸药密度为1200～1300kg/m3.图2 典型的钻孔布置设计图(单位：m)表1 典型的钻爆参数表孔名孔直径/mm 孔长/m 孔数药卷直径/mm 单孔药量/kg 单段起爆药量/kg掏槽孔 50 3.5 7 35 2.6 5.6 崩落孔 50 3.3 116 35 2.4 50.4 周边孔 50 3.3 51 25 0.6 30.6图2 中,编号1～11 表示起爆顺序,数值越大,越先起爆.每个数字代表一个雷管起爆段别,对应一个单段起爆药量.其中,1和2 表示起爆掏槽孔,3～10 表示起爆崩落孔,11 表示起爆周边孔.(2)钻孔声波波速试验爆破前,在隧洞掌子面附近布置声波孔,近似作为测量爆前波速的声波孔.爆破进尺后,在新形成的隧洞壁面布置声波孔.声波孔均垂直开挖轮廓面开凿,孔的深度h=5.0m,直径为0.056 m.声波孔布置示意图如图3所示.横断面上一共布置9个声波孔,声波孔编号为1#～9#.超声波波速测试系统主要由超声波仪、换能器(包括1个发生器和2个接收器)和电缆线等组成.测量纵波波速时,将换能器插入孔内,并用黄油或者水作耦合剂.当超声波仪发射纵波信号时,从孔底往孔口方向拖动换能器,每间隔0.2 m 采集1 次数据.超声波仪器联接示意图如图4所示.在每个声波孔中做3 次试验,取3 次试验结果的均值作为最终的试验结果.对于爆破前的纵波波速试验,找出所有没有受到破裂影响的测点,选取这些测点的纵波波速的均值近似作为爆破前围岩的纵波波速c′.当测量得到爆破后岩石中纵波波速c的变化,由式(14)确定爆破破裂点,测得孔内的破裂深度 hf.图3 声波孔布置示意图(单位：m)图4 声波仪器联接示意图2.2 试验结果及分析典型的纵波波速与孔深之间的关系曲线如图5所示.根据图5 可以确定声波孔中的爆破破裂深度hf.典型横断面上的爆破破裂区如图6所示.从图6 可看出,隧洞周边围岩形成了一定深度的破裂区.由各声波孔测得的典型爆破破裂深度见表2.从表2 可看出,隧洞围岩的爆破破裂深度为0.6～1.0 m,大约为开挖半径6.35 m的9.4～15.7%.对于实际开挖工程,爆破破裂深度不大,不超过开挖半径的50%,在安全允许范围内.由于爆破破裂区的形成主要由钻爆参数决定,因此,隧洞爆破开挖的钻爆参数设计是合理的.图5 典型的纵波波速与孔深之间的关系曲线图6 典型横断面上的爆破破裂区表2 典型横断面上围岩的爆破破裂深度声波孔编号测得的爆破破裂深度fh /m 1 0.7 2 0.6 3 0.84 0.95 1.06 1.07 0.98 0.89 1.03 结论以爆破损伤理论和应力波理论为指导,得到与纵波波速相关的破裂判据,结合工程实际开展了钻孔声波波速试验,通过试验测定硬岩隧洞围岩爆破前后的纵波波速,并根据判据确定隧洞围岩爆破破裂深度.通过试验研究,得出结论为：爆破开挖后,隧洞周边围岩形成了一定深度的破裂区；爆破破裂深度为0.6～1.0m,约为开挖半径的9.4～15.7%,不超过开挖半径的50%,在安全允许范围内.因此,隧洞开挖的钻爆参数设计合理,爆破开挖在安全控制范围内.参考文献【相关文献】[1]刘农,张闯,范琨,等.断裂力学在爆破中远区裂纹扩展范围中计算[J].四川材,2017,43(7)：83～85[2]左双英,肖明,续建科,等.隧道爆破开挖围岩动力损伤效应数值模拟[J].岩土力学,2011,32(10)：3171～3176[3]杨建华,卢文波,胡英国,等.隧洞开挖重复爆炸荷载作用下围岩累积损伤特性[J].岩土力学,2014,35(2)：511～518[4]林大能,罗艾民,胡伟.条形装药爆破成腔半径的弹塑性估算[J].岩土工程学报,2003,25(1)：84～86[5]夏祥,石永强,李海波,等.岩体单孔及群孔齐发爆破爆炸荷载数值分析[J].岩石力学与工程学报,2007,26(S1)：3390～3396[6]胡英国,卢文波,陈明,等.岩石爆破损伤模型的比选与改进[J].岩土力学,2012,33(11)：3278～3284[7]陈俊桦,张家生,李新平.考虑岩体完整程度的岩石爆破损伤模型及应用[J].岩土工程学报,2016,38(5)：857～866[8]Grady D E,Kipp M E.Continuum Modeling of Explosive Fracture in OilShale[J].International Journal of Rock Mechanics &Mining Science &Geomechanics Abstracts,1980,17(3)：147～157[9]Taylor L M,Chen E P,Kuszmaul J S.Microcrack-induced damage accumulation in brittle rock under dynamic loading[J].Computer Methods in Applied Mechanics 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brittle rock under dynamic loading[J].Computer Methods in Applied Mechanics and Enginering,1986,55(3)：301～320[16]熊海华,卢文波,李小联,等.龙滩水电站右岸导流洞开挖中爆破损伤范围研究[J].岩土力学,2004(3)：432～436[17]夏祥,李俊如,李海波,等.广东岭澳核电站爆破开挖岩体损伤特征研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(12)：2510～2516[18]李鸿,胡浩川,赵明生,等.某矿山爆破岩体破裂范围试验分析[J].爆破,2016,33(2)：45～48[19]朱传云,喻胜春.爆破引起岩体损伤的判别方法研究[J].工程爆破,2001,7(1)：12～16。
红沿河核电站基岩爆破的控制标准
摘 要 ：以辽 宁 红沿 河 核 电 站 核 岛 基 础 爆 破 开 挖 为 例 ， 析 了核 岛基 础 不 同区 域 的岩 体 力 学 特 性 以及 各 层 分
开 挖 时 岩 体 允 许 损 伤 深 度 的差 异 ， 出必 须 根 据 实 际 情 况 提 出岩 体 爆 炸 振 动 控 制 方 法 和 标 准 。在 此 基 础 上 ， 指
岩 体 中的传 播规 律及 岩体 损伤 特 征 的分析 方 面 。
基 于现 场监 测 和数 值 分 析 ， 了描 述 描 述 振 动 速 度 衰 减 规 律 的 萨 道 夫 斯 基 公 式 、 格 弗 尔 斯 公 有 兰 式 Ｅ ｗＵ Ｃ ｅ ｇｑｎ ， ｈ ｎ —ｉｇ等 、 Ｗ． ］ Ｇ． Ｍａ等口 和 Ｓ Ｇ． ｈ ｎ等 进 一 步 分 析 了爆 源 近 区 和 远 区 的爆 破 振 ． Ｃ ｅ
方 法 和 标 准 ， 广 东 岭 澳 核 电 站 基 础 开 挖 爆 破 控 制 中 取 得 了 很 好 效 果 ， 控 制 方 法 如 图 １ 示 。 根 据 该 在 该 所
方法， 当距爆 源 ３ 处 的岩体 质点 峰值 振 动速 度不 超 过安 全 阈值 ５ ０ｃ ｓ ， ０ｍ ． ｍ／ 时 可保 证爆 破 开挖 时岩 体 损 伤深 度小 于规 定值 ２ｍ， 足下 卧基 岩保 护 的要 求 ｊ 满 。
基 于 爆 破 振 动 监 测 和 声 波 实 验 ， 析 了岩 体 爆 破 振 动 以及 损 伤 特 征 ， 立 了核 岛 基 础 爆 破 开 挖 时 岩 体 损 伤 深 分 建
度 与 振 动 速 度 之 间 的经 验 公 式 ， 出 了 不 同 区 域 、 同 允 许 损 伤 深 度 的 情 况 下 岩 体 爆 炸 振 动 速 度 控 制 标 准 。 提 不 研 究 结果 表 明 ， 过 监 测 距 爆 源 一 定 距 离 处 的岩 体 质 点 振 动 速 度 控 制 爆 炸 损 伤 深 度 的方 法 是 合 适 和 有 效 的 。 通
阳江核电站环廊及底板保护层爆破施工技术探讨
阳江核电站环廊及底板保护层爆破施工技术探讨摘要：本文结合阳江核电3&4号机组负挖工程施工实践，详细介绍了核岛环廊及底板保护层爆破施工过程中所采用的爆破技术，分享了成功经验，以期与同行交流探讨，共同提高核岛负挖工程爆破作业施工水平。
关键字：核岛环廊底板保护层爆破技术1.工程概况1.1地理位置及地质条件阳江核电厂站一期工程3&4号负挖工程施工区域位于广东省阳东县东平镇阳江核电站主厂区内。
核岛区现有场平标高为+8.0mPRD，场地微风化基岩直接出露、无覆盖层。
核岛地基由微风化熔结凝灰岩、微风化流纹岩和微风化花岗岩组成，核岛将放置于由这三类岩体构成的地基上，核岛地基为岩石地基。
1.2开挖要求3、4#机组核岛环廊外径为20.75m、内径为15.35m，则廊道宽为5.4m；环廊内圆侧深为3.15m，外圆侧深为3.23m。
环廊开挖两侧壁要求：不允许欠挖，超挖小于15㎝；底板要求：欠挖小于5㎝，超挖小于10㎝。
开挖过程必须保证核岛环廊边壁及底板基岩的完整性。
2.环廊爆破技术核岛环廊深3.23m，宽5.4m，由于该部位施工精度要求高，对核岛环廊的超欠挖控制非常严格，因此必须对该部位进行垂直预裂爆破和沟槽爆破，以保护沟槽边坡岩石的完整性。
我公司在总结以往负挖施工经验基础上，决定选择环型廊道缺口处作为第一次掏槽爆破的起爆点详见图2-1。
图2-1廊道开口方法为保证核岛环廊边壁基岩的完整性，核岛环廊沟槽爆破拟采用提前预裂方式，将预裂孔首先单独爆破，为保证环廊轮廓的完整，预裂爆破拟从-10.15m标高开始钻孔。
预裂完成后再进行主爆孔的掏槽和台阶爆破施工。
主体钻孔机械采用孔径为φ76mm的液压钻，钻孔深度为3.55m，钻孔超深暂定为40cm，炸药采用药卷直径为Φ32mm的2＃岩石乳化炸药爆破，装药结构采用连续装药结构；根据现场实际情况及周围环境，结合前期我公司施工的类似工程的施工经验，拟采用如下爆破试验参数，该参数将随爆区地形、地质及岩性等变化情况并根据爆破试验总结的爆破参数值及时调整。
隧洞爆破开挖围岩损伤阈值研究
隧洞爆破开挖围岩损伤阈值研究爆破是铁路、水利、公路隧道及矿井巷道开挖的主要方法。
在爆破开挖过程中,除部分爆破荷载破岩外,还有部分荷载会对隧洞或巷道围岩造成一定范围的损伤。
本文以台山核电站取水隧洞爆破掘进工程为实例,通过现场爆破振动试验及监测、现场声波试验,结合大型动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对爆破开挖过程进行模拟。
提出以爆破震动速度表征的台山核电站取水隧洞爆破掘进围岩损伤安全阈值。
通过对隧洞爆破开挖围岩损伤相关理论进行分析,结合现场得出:隧洞爆破开挖时,掘进面后方围岩损伤主要是爆破对围岩产生的初始损伤。
但在连续的爆破作用下,后方一定范围内的隧洞围岩会受到爆破地震波的累积损伤。
文章通过分析围岩损伤理论及爆破震动传播和衰减规律等充分论证了隧洞围岩累积损伤的危害性,提出了以爆破震动速度表征的控制方法。
通过LS-DYNA软件对隧洞爆破开挖进行了数值模拟。
通过对震动速度时程曲线和应力时程曲线进行分析,得出:震动速度和应力的传播是一个短时间内快速衰减的过程,距掘进面约20米的后方围岩处岩体损伤趋于定值时,振动速度为1.39cm/s时,计算出隧洞轮廓围岩损伤范围约为1.97m。
采用TC-4850测振仪进行现场爆破振动试验及监测。
对现场试验数据进行分析得出现场爆破振动衰减规律,给出了回归分析的水平方向和垂直方向的萨道夫斯基形式的经验公式。
监测得出围岩处岩体损伤趋于定值时距离掘进面20米时的爆破震动速度接近1.5cm/s。
采用RSM-SY5智能型声波仪进行现场声波试验,得到围岩损伤发展规律,得出:岩体损伤度的累积效应和爆破冲击荷载(本文用振动速度表征)的等级有关,荷载越大,累积效应越明显,而低于某一阈值的爆破荷载,可以忽略其对岩体损伤度的累积效应。
隧洞爆破次数达到20次时,一次进尺1米,也就是爆心距接近20米时,损伤累积增量趋于零。
结合前面所得结论提出台山核电站取水隧洞爆破掘进围岩损伤安全阈值。
即:隧洞爆破开挖时,距离爆源20m处质点震动速度峰值不超过1.5cm/s。
预裂爆破对边坡岩体损伤的试验研究
行分析 ： 深度在 １ ． ０ ｏ ～ １ ． ７ ５ ｍ范 围内属 于岩石损伤 区域 ， 所测得 的波 形较 为正常 ， 但是首 波波幅有较大 幅度的 下降 ， 超 声波波 速和原来的原状基岩相 比下降了 １ ０ ％以上 ；深度超过 了 １ ． ７ ５ ｍ 以后属于原状基岩区域 ，在该区域 内接收到的波形衰退 很小 ， 首波波幅比较 大， 超声波的波速普遍都在 ５ ０ ０ ０ ｍ， ｓ 以上 。 预裂爆破 跨 点的超声波 检测结 果如 图 ２所 示 ， Ｇ Ｍ２ 一 Ｇ Ｍ１
又 能 及 时 准 确 的 判 读 到 爆 破对 岩 体 松 动 以及 局 部 细 小 裂 缝 的
第 三 个 区 域 定 义 为 原状 基 岩 区 。这 一 区 域 的 岩体 基 本 没有
受到扰动 。其声学特征表现为声波的波速 比较快 ， 首波波幅较 大， 超声波 穿透 岩体时期 声波能力量 的损失很 小， 可 以忽略不
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（ １ ） 检 捌 扎 的 布 置 图 （ ２ ） 检攫 Ｉ 剖 面 幽
图 １非预裂爆破面的检测结果剖面 图以及检测孔的布置图
了１ ０ ｏ的距离来避免相互之 间的影响 ， 从而对两种爆破方法进
行 详 细 的对 比 。
学特 征为超声波不能正常的对其进 行穿透 ， 从而造 成接受 的波 形发生 了严重的畸变 ， 声波 的能量衰减速 度也很快 ， 是不能进 行有效的超声波检测： 而岩体 的主要特征是 肉眼观 看到的岩体
仍 然 比较 完 整 ， 但 是 其 内 部 裂 隙在 受 到 爆 破 冲 击 力 后 大 量 扩
２ 爆破试验检测 的方法
为 了 直 观 有 效 的对 预 裂 爆 破 区 和 小 孔 径 爆 破 区段 的 坡 内
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第24卷 增1 岩石力学与工程学报 V ol.24 Supp.1 2005年8月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug .，2005收稿日期：2005–05–11；修回日期：2005–06–21基金项目：国家自然科学基金资助项目(50374063，50439030)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412705)作者简介：李俊如(1965–)，女，硕士，1987年毕业于重庆大学矿山工程物理专业，现任副研究员，主要从事岩石动力学方面的研究工作。
E-mail ：jrli@whrsm. 。
核电站基岩爆破开挖损伤区研究李俊如1，夏 祥1，李海波1，王晓炜2，周青春1(1. 中国科学院 武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071；2. 中广核工程有限公司，广东 深圳 518124)摘要：根据岭澳核电站二期工程基岩爆破现场进行的4组声波试验，并基于爆前爆后声波波速变化率确定的损伤门槛值得到了各次爆破岩体的损伤范围。
研究结果表明，周围岩体在爆孔的装药区段深度范围内，损伤程度最大，而近地面和爆孔底部以下的岩体损伤则较小；距爆区越近，岩体损伤变量越大，爆孔底部以下的损伤深度也越大；爆破作用下岩体的损伤深度要小于水平方向的损伤范围，其比例大约为1∶3；岩体的损伤范围随单孔药量增大的趋势明显。
关键词：岩石力学；损伤范围；核电站；声波测试； 基岩爆破中图分类号：TU 459+.3 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)增1–4674–05STUDY ON BLAST-INDUCED BEDROCK DAMAGE EXTENSIONFOR A NUCLEAR POWER STATION PROJECTLI Jun-ru 1，XIA Xiang 1，LI Hai-bo 1，WANG Xiao-wei 2，ZHOU Qing-chun 1(1. Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan 430071，China ； 2. China Guangdong Nuclear Power Station Engineering Co.，Ltd.，Shenzhen 518124，China )Abstract ：Four groups of sonic wave tests have been performed in the bedrock blasting excavation at the Ling ′ao nuclear power station project of Guangdong Province ，China. The changes of sonic wave speed before and after the detonation are obtained. Based on the relationship of sonic wave changing ratio and the critical damage parameter ，the damage extention of each blast and sonic wave test is determined. It is found that surrounding rock in the depth of charging section is the most seriously damaged. In the area adjacent to the ground and beneath the bottom of the charge hole ，the rock is less damaged under blasting. The damage parameters and depth under the bottom of charge holes increase clearly with the decreasing distance from the donation. It has also been observed that the horizontal damage distance of rock under explosion is approximate 3 times of the damage depth. The blast-induced damage extention distinctly increases with the single charge weight.Key words ：rock mechanics ；damage extension ；nuclear power station ；sonic wave testing ；rock blasting1 引 言广东岭澳核电站厂址位于深圳市东南45 km ，位于大亚湾核电站东北方向1～2 km 的沿海地带，设计总装机容量为360×104千瓦，分两期进行，其中一期(1#，2#)两台机组已先后于2002年和2003年投入使用。
即将营建的二期工程3#，4#两台机组，将布置在一期1#，2#机组以东约340 m 处，场平标高7.00 m PRD 。
根据现场地质勘察报告，二期工程场区基岩未发现断裂，主要由长英角岩、堇青石角岩和钠长石化细粒斑状花岗岩、细粒花岗岩构成，原岩是晚泥盆世春湾组碎屑岩。
根据设计要求，需要对基岩爆破开挖，而爆破会对下卧基岩造成一定第24卷增1 李俊如等. 核电站基岩爆破开挖损伤区研究 • 4675 •程度的损伤，分析爆炸荷载作用下基岩的损伤影响范围以确保预留基岩的完整性是工程爆破开挖关心的问题。
一般认为爆炸产生的应力波是基岩损伤的主要因素。
根据这一认识，国内外研究人员针对爆破荷载作用下基岩的损伤特征进行了大量的研究工作。
例如，文[1，2]对三峡工程左岸临时船闸中部高程119.4 m的弱风化底板花岗岩进行了现场爆破试验，通过爆破前后的岩体声波的对比，确定出爆破松裂半径为1.4～2.0 m，松裂深度为0.2～0.7 m。
文[3]对大理岩在耦合填塞、耦合不填塞及不耦合填塞三种爆破条件下进行了小药量的模拟爆破试验，对离爆点不同位置的岩样进行了声波、抗拉和抗压力学性能的参数试验。
研究结果表明随着爆源距的增加，岩石声波速度、强度和弹性模量逐步增大，爆破损伤程度减弱；装药结构和炮孔填塞方式的改变，对岩石的损伤程度有明显的影响，耦合填塞时，中远区的岩石损伤也较严重；耦合不填塞时，岩石的损伤程度明显比耦合填塞的情况减弱；不耦合填塞时，此时岩石的损伤程度又比耦合不填塞时弱。
文[4]在TCK损伤模型的基础上，考虑岩石冲击损伤过程的声波测试衰减规律，构造新的岩石爆破损伤模型，将该模型应用于LS-DYNA3D动态有限元程序，计算岩石的损伤范围。
文[5～8]建立涉及应力波引起损伤的岩体力学本构模型，并采用有限元进行数值模拟计算，得出花岗岩基坑开挖掏槽爆破形成的岩体损伤半径为0.3～0.4 m，起爆周边眼后，岩体的损伤半径为0.8～1.3 m，模拟结果与实际基本吻合。
本文基于广东岭澳核电站二期工程基岩爆破开挖过程的声波测试，分析了爆破荷载作用下引起核电站基岩的损伤区域以及影响因素，旨在为类似工程提供借鉴。
2 现场试验测点布置为确定爆破荷载作用下基岩的损伤范围，分析其损伤特征，共进行了4次声波试验。
每次爆破前后都对相应的爆破孔和声波孔进行声波检测，对比其在各个深度范围的声波波速变化，确定损伤值。
为确定爆破对基岩的影响深度，试验时利用了4个爆破孔作为声波试验孔，该炮孔深度比设计深度深1.5～3.5 m。
进行爆前声波测试后，将底部填塞至设计深度施爆，爆后清出孔底装填物后，再进行爆后声波测试。
为测定基岩沿水平方向损伤范围，在爆区外沿直线按一定距离布置4个声波孔，根据这一系列声波孔各个深度的波速变化情况就可以确定爆区外岩体损伤区的基本形状。
图1为第4次试验时声波测试孔布置，其中1#～4#号孔为声波孔，相互间隔1 m，为量测沿水平方向的损伤范围。
5#～8#孔为爆孔兼作声波孔，比其他爆孔超深约2.2 m，用于量测爆孔底部以下区段的损伤情况。
图1 第4次试验声波孔布置示意图Fig.1 Arrangement of the fourth sonic wave testing points 3 基岩损伤的判定标准岩体损伤可以看作是由于爆炸作用使原有裂隙张开、扩展，从而导致岩体弹性模量降低的过程[6，7]。
可以用比例常数D(弹性模量损失系数)表示岩体的损伤程度：D = 0代表岩体无损伤；D = 1代表岩体完全破碎；对于0＜D＜1，表示岩石处于非完全破碎的过渡状态，比例常数即损伤变量可表示为1EDE=−(1) 式中：E0为爆破前岩体的弹性模量；E为含裂纹体的宏观等效弹性模量(爆破后的等效弹性模量)。
我国《水工建筑物岩石基础开挖工程技术规范》(SL47–94)中对岩体的爆破破坏也作了相应的规定，采用岩体波速在爆前爆后的变化率η来判定爆破荷载作用下岩体的破坏程度：001c c cc cη−==−(2) 式中：c0为爆破前在岩体中测得的声波速度，c为爆破后对应c0测试部位的声波速度。
根据规范，当η＞10％时，即判定岩体破坏。
根据弹性波理论，爆破前后岩体弹性模量为200000(1)(12)1E cμμρμ−−=+(3)2(1)(12)1E cμμρμ−−=+(4)• 4676 • 岩石力学与工程学报 2005年式中：0ρ，ρ分别为爆破前、后基岩的密度；0μ，μ分别为爆破前、后基岩的泊松比。
基础开挖采用预留保护层或特殊爆破技术的施工方式，所以预留基岩的性质在爆破前后不会发生质的变化。
假定爆破前后的岩体密度和泊松比近似相等，即0ρρ≈，0μμ=，则由式(1)～(4)可得2200111(1)Ec D E c η⎛⎞=−=−=−−⎜⎟⎝⎠ (5)依据国家规范，取爆前爆后波速变化的10%作为岩体损伤的安全阈值，其对应的损伤阈值为cri 0.19D = (6)4 损伤区域测试结果及分析以第4次试验为例，爆孔底部装药深度为3.2～3.3 m ，上部距地面约0.4 m 的区段内填塞。
确定岩体爆破损伤区域的声波测试结果见表1，2，其中 表1为爆区外的声波测试孔的试验结果，表2为爆孔孔底的损伤深度测试结果。
根据声波测试结果，各测试孔的声波变化率和损伤变量随深度的变化规律分别如图2，3所示。
其中图2为爆区外的1#～4#声波孔岩体的损伤变化曲线。