港口巖石邊坡爆破時節(jié)理特性研究

港口巖石邊坡爆破時節(jié)理特性研究

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1、港口巖石邊坡爆破時節(jié)理特性研究  摘要:港口建設(shè)中,巖石邊坡爆破是施工中可能遇到的施工內(nèi)容。作為施工中一個重要的環(huán)節(jié),進(jìn)行爆破需要獲取爆炸沖擊荷載產(chǎn)生時的巖石邊坡節(jié)理的力學(xué)特性。Monte-Carlo技術(shù)對于模擬和分析巖石節(jié)理裂縫有著很好的效果,本文就此分析港口巖石邊坡爆破時的節(jié)理特性。關(guān)鍵詞:港口建設(shè);巖石邊坡;爆破;節(jié)理特性中圖分類號:O643.2+23文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:引言7在對巖石進(jìn)行炸藥爆破時,在靠近炸藥的一定范圍之中,瞬間爆炸引發(fā)的壓力可達(dá)到數(shù)萬至數(shù)十萬個大氣壓將作用在爆炸孔壁上,從而激起極高的沖擊應(yīng)力波。因爆炸產(chǎn)生的氣體進(jìn)入巖石裂縫,從而推動裂隙擴(kuò)

2、展,由此可見其節(jié)理裂隙在很大的程度上影響到巖體的物理學(xué)性質(zhì),這也是研究巖石節(jié)理特性的意義所在。研究巖體內(nèi)節(jié)理裂隙多采用概率模型,就是通過在有限的區(qū)域中測量表征節(jié)理裂隙的幾何參數(shù),通過數(shù)理統(tǒng)計的方法得到各參數(shù)的概率模型,然后再通過運(yùn)用Monte-Carlo技術(shù)模擬巖體的節(jié)理裂隙分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,利用斷裂力學(xué)分析了巖體節(jié)理裂隙的起始擴(kuò)展和裂紋的止裂,通過計算在爆破作用下巖體節(jié)理裂隙的擴(kuò)展角和擴(kuò)展量,進(jìn)一步得到爆破后的巖體節(jié)理裂隙分布,通過這些節(jié)理裂隙能夠了解巖體在爆破之后的性質(zhì)。1、爆破計算模式與Monte-Carlo法爆破荷載的計算大多采用國際上常用的爆破荷載模型:在這

3、之中,Pmax表示脈沖峰值;ƒ(t)表示為指數(shù)型的時間滯后函數(shù),可用一下公式表示:其中,n、m是指無量綱阻尼參數(shù),與距離有關(guān),它們的值決定爆炸脈沖的起始位置以及脈沖波形;w為介質(zhì)的縱波波速cp和爆孔直徑a的函數(shù),表示為:P0是當(dāng)t=tR時,使ƒ(tR)成為列量綱的最大值1.0的常數(shù),tR通常稱做爆炸脈沖的起始時間,它是n、m和w的函數(shù):炸藥爆炸的時候,其產(chǎn)生的最大爆炸壓力值受炸藥的密度、爆速和裝藥的結(jié)構(gòu)特征影響,在耦合裝藥的情況下,有許多可以表達(dá)最大爆炸壓力Pb的公式,這些表達(dá)式所結(jié)算出來的結(jié)果也都較為接近。文中主要采用的表達(dá)式為1971年Sass

4、a給出的表達(dá)式:(C.G.S單位制)在不耦合裝藥的情況下,7Pb值小于耦合裝藥情況下的Pb值,它們之間的關(guān)系為:其中,PbN為不耦合裝藥情況下的Pb值;PbC為耦合裝藥情況下的Pb值;Re為裝藥的半徑;Rb為藥室的半徑;n為系數(shù),對于柱狀裝藥,n=2,對于集中裝藥和球狀裝藥,n=3;v為絕熱指數(shù)(又稱氣體多方指數(shù)),突變前取3,突變后取1.4。在工程實踐中,采用Monte-Carlo法來進(jìn)行節(jié)理裂隙的模擬是很常見的一種方法。除此之外,用Monte—Carlo法與有限元等數(shù)值方法相結(jié)合的而發(fā)展起來的隨機(jī)邊界元法、隨機(jī)有限元法等方法正得到進(jìn)一步發(fā)展。7Monte-Carl

5、o法就是一種通過統(tǒng)計過程確定的物理狀況在計算機(jī)上用隨機(jī)數(shù)進(jìn)行模擬的方法。在模擬的過程中,隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生是一個基礎(chǔ)性的因素,產(chǎn)生均勻分布的隨機(jī)數(shù)U(0,1)尤為重要。雖然巖體內(nèi)表征節(jié)理裂隙的幾何參數(shù)一般并不服從均勻分布,但是可通過一定的變換方式獲得非均勻分布的隨機(jī)變量。當(dāng)前,可用于產(chǎn)生隨機(jī)變量的方法有很多。例如比較常用的方法有組合法、取舍法、反函數(shù)法以及卷積法等等。其中,通過使用反函數(shù)方法產(chǎn)生的隨機(jī)變量的方法是:利用隨機(jī)變量x的分布函數(shù)F(x)的反函數(shù)F-1(x)來推求隨機(jī)變量,分布函數(shù)F(x)的定義域為[0,1],故在[0,1]區(qū)間上總存在一個均勻隨機(jī)數(shù)R,且有F(x)

6、=R,由此建立x與R的一一對應(yīng)關(guān)系,即x=F-1(R),由此,用不同的分布函數(shù)F(x),就可以求出不同分布時的隨機(jī)變量。對于連續(xù)分布的隨機(jī)數(shù),F(xi)=,其中,ƒ(t)為某一個分布函數(shù)的密度函數(shù)。對于二維問題,表征巖體節(jié)理裂隙的幾何參數(shù)有結(jié)構(gòu)面傾角、跡長、間距、斷距。2、港口巖石邊坡爆破時節(jié)理力學(xué)特性模擬文中以某碼頭建設(shè)為例來分析這一問題,該碼頭大直徑嵌巖灌注樁嵌固在中侏羅統(tǒng)沙溪廟組(J2S)的泥巖、砂巖互層的地層結(jié)構(gòu)中。由粘土礦物組成,局部砂質(zhì)含量較高,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),巨厚層狀構(gòu)造。強(qiáng)風(fēng)化層巖石破碎,裂隙發(fā)育,巖芯呈土狀或碎塊狀,層厚為0.60m~3.8m;中

7、等風(fēng)化巖石較完整,巖芯呈完整長短柱狀,巖質(zhì)較硬。場地內(nèi)中等風(fēng)化泥巖、砂巖的飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為4.2MPa和16.9MPa,泥巖屬極軟巖,砂巖屬較軟巖。中等風(fēng)化泥巖、砂巖體完整程度根據(jù)物探聲波井測資料完整性指數(shù)為:泥巖0.51~0.84,屬較完整,砂巖0.56~0.79,屬較完整。中等風(fēng)化泥巖、砂巖的基本質(zhì)量等級分別為Ⅴ類和Ⅳ類。中等風(fēng)化泥巖和砂巖被勘察單位建議為嵌巖樁的嵌固巖體。3、數(shù)值結(jié)果分析7由爆破過程的數(shù)值模擬結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)沖擊載荷作用下裂紋起裂、擴(kuò)展、貫通,塊體形成、飛散及爆破漏斗形成的全過程。這與一般爆破過程是一樣的,證明文中分析方法

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