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含水土质边坡的爆破振动响应及破坏模式研究*

更新时间:2016-07-05

人工高陡边坡失稳是一个比较复杂的问题,其中开挖爆破对边坡的影响是一个很重要的因素,边坡开挖爆破是在持续的一段时间内连续出现,爆破振动反复作用在边坡岩体上,对边坡的整体稳定影响极大[1,2]。加之近年来我国降雨量显著增强,尤其是松散堆积体边坡渗透性显著,易受地下水的影响,在降雨频繁地区的边坡面临地下水和爆破振动作用的双重影响[3]。但是,现行的规范往往是分别考虑爆破振动和地下水进行边坡工程加固抗震设计,并没有给出明确的在爆破振动作用下产生的动孔隙水压力作用下的设计说明。因此,以解决工程结构性能设计为目标,对爆破振动作用下动孔隙水压力对边坡稳定性和变形机理研究,对于边坡工程的抗震加固设计与建设具有重要的意义。

在边坡爆破振动稳定性方面,国外H B Havenith等的研究结果表明振动波的放大和边坡局部形状有很大的关系[4]。F Marrara和P Suhadolc通过研究爆破来探讨振动的放大效应,研究发现,爆源的位置不同、爆心距不同将产生不同的放大效应[5]。早期国内杨桂桐在将拟静力法应用于高陡边坡的爆破开挖稳定性分析中[6]。万鹏鹏等的研究结果表明:在正高差边坡上“鞭梢效应”表现明显,在负高差边坡上“坡面效应”表现不明显[7]。唐海等结合高陡边坡开挖爆破地震监测成果分析,指出爆破振动的传播与高程有很大的关系,爆源同测点高程差较大时,必须考虑高程的影响[8]。刘磊基于有限元法研究了爆破振动荷载对边坡的动力相应的影响规律[9]。周同岭等通过对地形存在正负高差情况下爆破振动放大效应的试验研究,指出负高差使振动效应减小,正高差使振动效应增大[10]。然而国内外针对边坡爆破振动稳定性的研究多是集中在考虑单一爆破震动荷载对边坡稳定性的影响,并较少考虑地下水和爆破振动荷载的协同作用对边坡稳定性的影响,通过建立土质边坡的二维有限元模型,研究爆破振动和地下水协同作用下,边坡的振动响应规律及破坏模式,从而为边坡的爆破稳定性判定提供技术借鉴。

1 边坡计算模型的建立

内蒙古杀虎口某在建高速公路土质路基边坡在降雨后由于地下水位上升,在爆破振动施工过程中发生路基下沉事故,导致高速公路路面发生开裂,为了研究爆破振动荷载和地下水位上升产生的渗透力联合作用下边坡的稳定性,以此高速公路土质路基边坡为工程实例,研究爆破振动荷载和地下水位上升对土质路基边坡的稳定性和变形的影响,其中高速公路路基边坡现场图及边坡剖面图和路基设计形式图如图1、图2所示。

随着我国城市化的推进,物业管理企业也逐渐的从大城市普及到了中小城市,随之而来的竞争也日益激烈,为了争夺资源,物业管理公司都想尽办法来扩大资源,物业管理的覆盖面积不断增大,这就需要更多的人力。除此之外,监控线延长带来的管理上的困难也可想而知,相应的管理成本也会随之增长。

图 1 土质边坡的破坏现场图 Fig.1 Destruction spot of soil slope

图 2 土质边坡剖面图和路基设计形式图(单位:m) Fig.2 Soil slope profile and subgrade design(unit:m)

为了使得研究结论更具有普遍性,将模型尽可能的进行概化,需建立此高速公路土质路基边坡的概化模型,通过 Plaxis 软件的前处理程序,建立了此边坡的二维有限元模型,如图3 所示。网格划分的尺寸受到输入波动的最短波长控制,考虑到此方面的影响,网格划分尺寸控制在波长的1/10~1/8 以内。在进行爆破振动分析时振动波会在模型边界处反射,引起扰动。为了避免振动波在边界处的反射,在模型左侧、右侧和底部采用动力粘弹性人工边界。为了研究不同地下水位,在边坡左侧施加不同水头高度H(0 m、60 m、 75 m、 85 m和100 m),右侧固定水头高度为 50 m。首先对边坡进行稳态渗流分析,让边坡内部形成稳定的渗流场,然后在边坡左侧坡脚施加爆破源。

由于水平方向的振动是导致边坡发生破坏的直接原因,也是影响边坡稳定性的主要因素,因此主要研究不同水位下边坡水平方向的加速度、位移和速度的变化规律。将研究左侧水头高度分别为 0 m、 60 m、 75 m、 85 m和100 m,在左侧边坡坡脚传入爆破振动波时,研究不同水位下爆破振动对边坡动力响应的影响。通过工程勘察报告获取边坡的物理力学参数,如表1所示。

[15][16]David B. Myers, “Marx’s Concept of Truth: A Kantian Interpretation”, Canadian Journal of Philosophy, Vol. 7, No. 2,1977,p.316, 325.

图 3 边坡计算模型示意图(单位:m) Fig.3 Slope calculation model diagram(unit:m)

1 路基结构物理力学参数表

Table 1 Physical and chemical parameter of subgrade structure

材料类型密度/(kg·m-3)弹性模量/MPa泊松比粘聚力/kPa内摩擦角/°渗透系数/(cm·s-1)饱和含水率/%路基21001100.2021358e-450土基1930980.3535255e-625

由图6可知,对于左侧边坡随着地下水位的升高边坡坡面的最大水平速度减小,而沿着边坡高度方向边坡坡面的的最大水平速度也呈现出减小趋势,且在边坡顶部达到最小值。当爆破振动波从坡脚传播到坡顶时最大水平振动速度最大减小了91%。说明土体对爆破振动速度能量吸收较强,使得爆破振动速度减小明显。参照《爆破安全规程》(GB6722—2014)中边坡允许最大安全振速应为10 cm/s,边坡处于安全状态。对于右侧边坡,随着地下水位的升高同样坡面最大水平振动速度逐渐减少,而沿着边坡高度方向,坡面最大水平振动速度逐渐增加,主要是由于右侧边坡顶部靠近爆破振动源,从而其在右侧边坡边坡顶部衰减程度小于右侧边坡底部,从而使得右侧边坡顶部最大水平振动速度要大于底部最大水平振动速度。随着地下水位的升高边坡不同位置的振动速度逐渐减小,说明地下水位存在使得边坡内部振动减弱,从而导致边坡的振动速度减小。此外由不同监测点的振动位移时程可以看出,地下水的存在使得爆破振动后期的波动幅度明显小于坡内无地下水时的波动幅度,说明地下水的存在增加了爆破振动波的衰减过程,使得爆破振动波的提早结束。边坡同一位置监测点在不同水位下的起始振动逐渐延后,说明地下水的存在进一步增加了起始振动时间的后延。

2 爆破炸药参数

Table 2 Explosive parameter

爆速/(m·s-1)炸药密度/(g·cm-3)装药直径/mm钻孔直径/mm单孔装药量/kg5000132402

2 土质边坡的爆破振动响应分析

2.1 土质路基边坡爆破振动加速度分析

由于边坡的滑坡及破坏主要受到水平振动加速度的影响,其产生一定的水平拉力,在振动作用下当边坡滑移体达到一定的状态时开始滑坡,因此为了研究不同水位下水平加速度的变化规律,分别提取了不同水位下沿着坡面高度的水平加速度变化规律,如图4所示。

图 4 不同水位下沿着边坡高度的水平加速度变化规律 Fig.4 Change rules of horizontal acceleration along the slope height under different groundwater levels

为了研究不同水位下沿着边坡高度方向的水平位移变化规律,计算了不同水位下边坡不同位置水平位移,如图5所示。

2.2 土质路基边坡的爆破振动位移分析

由图4可知,随着地下水位的升高边坡不同位置的振动加速度逐渐减小,说明地下水位存在增加了坡内的阻尼,使得土质边坡的振动程度减弱。此外由不同监测点的振动加速度时程可以看出,地下水的存在使得爆破振动后期的波动幅度明显小于坡内无地下水时的波动幅度,说明地下水的存在增加了爆破振动波的衰减过程,使得爆破振动的提早结束振动。因此,在实际工程中,地下水的存在一定程度上具有减轻爆破振动的作用,可使得爆破振动波在土质边坡中的衰减速度增快,可以将其作为一种土质边坡的防护措施,从而保证边坡在爆破振动作用下的稳定性。在边坡左侧坡脚传入爆破振动波时,爆破振动作用下沿着左侧边坡高度方向边坡最大水平加速度呈现减小的趋势,且随着地下水位的升高边坡所有监测点的最大水平振动加速度逐渐减小,地下水位的存在使得边坡坡脚位置的最大水平加速度最大减小了62%,说明地下水具有明显的阻尼效果。而沿着边坡高度方向,不同水位下,边坡顶部的最大水平振动加速度比坡脚位置的水平加速度最大减少了93%,说明当爆破振动波传播到坡顶时其在地下水和土体介质中的衰减程度明显。对于右侧坡面,随着地下水位的升高沿着坡面的水平最大加速度仍然呈现出减小的趋势,而沿着坡面高度方向,其水平最大加速度呈现增大的趋势。分析其原因主要是由于,爆破振动源在左侧边坡坡脚,其距离右侧边坡坡顶比较近,因此右侧边坡坡顶产生的振动要大于坡脚。

图 5 不同水位下沿着边坡高度方向最大水平位移 Fig.5 Change rules of horizontal displacement along the slope height under different groundwater levels

由图5可知,随着地下水位的升高边坡不同位置的振动位移逐渐增大,说明地下水位存在使得边坡内部强度减小,从而导致边坡的变形增大。此外由不同监测点的振动位移时程可以看出,地下水的存在使得爆破振动后期的波动幅度明显大于坡内无地下水时的波动幅度,说明地下水的存在增加边坡的振动周期。且随着距爆破源距离的增加,边坡不同监测点的起始变形时间点逐渐延后,而地下水的存在进一步增加了起始变形时间点的后延。随着边坡内地下水位的升高沿着边坡高度方向的最大水平位移逐渐增加,其中坡脚位置的最大水平位移在最高水位时比低水位时增大了35%。沿着边坡高度方向,坡面水平位移整体呈现减小趋势,而在边坡坡脚到边坡中部位置的水平位移减小幅度较大,边坡中部到边坡顶部位置,水平位移减小的幅度变小,说明爆破振动波沿着边坡高度方向出现了衰减,从而使得边坡顶部位置的位移增加幅度减小。不同水位下边坡顶部的水平位移比坡脚最大减少了64%。对于右侧边坡,同样随着地下水位的升高,边坡坡面的水平位移逐渐增大。由于爆破振动源是在左侧边坡坡脚施加,其靠近右侧边坡的坡顶位置,因此,右侧边坡沿着坡面高度方向,其水平位移呈现增大的趋势。

2.3 土质路基边坡的爆破振动速度分析

为了研究不同水位下沿着边坡高度方向的水平速度变化规律,计算了不同水位下边坡不同位置水平速度,如图6所示。

实际工程中采用乳化炸药,炸药单元的材料模型采用高性能炸药材料进行模拟。 其中在爆炸作用时间上,一般认为冲击波的持续作用时间为 10-6~10-1 s,用三角形脉冲荷载进行爆破震动数值模拟时,持续时间也大多为毫秒量级。采用的爆破炸药参数如表2 所示。

图 6 不同水位下沿着边坡高度方向最大水平速度 Fig.6 Change rules of horizontal velocity along the slope height under different groundwater levels

2.4 土质路基边坡的动孔隙水压力响应分析

为了研究爆破振动过程中,不同水位下土质边坡内部的振动孔隙水压力变化规律,提取了不同水位下不同监测点的动孔隙水压力,如图7所示。

由图7可知,爆破振动作用下动态孔隙水压力表现出既波动变化又稳定增长的演化过程,在振动作用的短暂时间内,孔隙水压力骤然上升,而骤然上升的孔隙水压力来不及消散,表现出了较大的波动,尤其是边坡坡脚位置的动孔隙水压力在边坡渗流作用下,其动孔隙水压力比其它监测点的动孔隙水压力大。分析其原因,动孔隙水压力往往伴随着渗流和固结,在外部荷载作用下,边坡内部要产生相应的应力状态来维持颗粒骨架的平衡,地震属于突发荷载,其产生时砂土体内部或渗流边界的排水受阻,土体就表现为孔隙水压力累积,导致孔隙水压力与土骨架应力之间的相互演化,并随荷载条件、起始条件、边界条件等不同表现出不同的破坏状态。因此,爆破振动作用下动孔隙水压力的产生,会引起边坡土体强度的降低,使作用于土骨架上的有效应力发生变化,限制其变形,从而导致结构的破坏。边坡坡脚处为地下水渗出位置,也是在孔隙水压力影响下边坡最易的剪切滑出位置,坡脚位置的动孔隙水压力增大趋势明显,短时间内孔隙水压力的累积最大,因此在实际工程应作为重点防护位置。

3 土质路基边坡爆破动力损伤破坏的试验研究

为了进一步确定在地下水位下土质边坡的破坏模式,考虑到试验设施的限制,将对实际工程中边坡的左侧部分进行试验,确定不同水位高度下边坡的破坏模式。实际工程中,边坡左侧高为10 m,坡角为 45°。试验中,选取模型箱尺寸为 2 m(长)×1.2 m(宽) ×1.5 m(高)。取几何相似系数为 1∶10,其它具体相似系数见表 3。为了使得研究结果更具有普遍性,为后期类似工程设计提供技术借鉴,尽量减少边坡形状以及不同外在因素对试验结果的影响,本试验中只将路基左侧的坡肩作为研究对象,研究降雨和爆破振动作用对边坡稳定性的影响。在模型箱的内部边界铺设海绵其厚度为20 mm,用来减少振动波在边界处的反射。试验中设计的边坡模型的长×宽×高为1.9 m×1.0 m×1.4 m,如图8所示。

图 7 不同水位下的动孔隙水压力 Fig.7 Dynamic pore water pressure under different groundwater levels

图 8 边坡模型示意图 Fig.8 Test model of slope

3 模型主要相似常数

Table 3 Major similarity parameter of the model

物理量相似关系相似常数动剪切强度Cτ4.85长度LCL10密度ρCρ1加速度aCa=CτC-2/nρC-1L0.40振动时间TCT=C-12KC-12nρC2n-12nL6.45应变水平γ/γCγ/γ1动位移uCu=CτC-1KC-1nρCn-1nL16.80动位移uCu=CτC-1KC-1nρCn-1nL16.80剪切模量CGmaxCGmax=CKC1nρC1nL3.46振动速度Cv=C[r]C-12KC-32nρC12nL2.61振动频率ωCω=C-12KC-12nρC-2n-12nL0.16阻尼比λCλ=11

模型制作时,控制模型填筑密度和含水率与原型尽量的保持一致,即近似认为模型材料与原型的无量纲系数K相等,CK=1,由此,模型的主要相似常数可得到简化。原型材料制作模型的边坡相似率仅与CLC|τ|有关。|τ|受侧压力系数、边坡高度和土体强度参数影响。

分别记录坡内无地下水和有地下水(1/2坡高)时边坡的的破坏模式,如图9所示。

由图9可知,在实验中,无地下水时坡脚起爆后首先在坡脚位置出现了振动破坏,且随着振动波沿着边坡高度向边坡内部及上部传播时,坡顶出现了振动破坏,并出现了明显圆弧形滑移面,表现为滑动破坏。因此在坡脚爆破,坡脚和坡顶破坏最为严重。有地下水时,坡脚爆破后,坡脚在爆破振动波的作用下产生了拉裂破坏,而坡顶没有出现破坏,说明在有地下水位时,坡脚位置饱和含水率较高,其强度参数在孔隙水压力的影响下出现明显降低,当实施爆破后,在冲击波作用下产生了振动破坏。而地下水的存在加快了爆破振动波的衰减,使得坡顶没有发生破坏。限于篇幅,本节主要研究爆破振动作用下边坡的破坏方式,因此,相似模拟所得监测力学数据在此不再交代和分析。

图 9 爆破振动作用下边坡的破坏模式 Fig.9 Failure mode of slope under blasting vibration

4 结论

其中:i=1,2,3…,n;j=1,2,3…,m;k=1,2,3…,s。若有,则称对象i属于灰类k*。

(2)随着地下水位的升高,土质路基边坡不同位置的振动位移逐渐增加,其中坡脚位置的最大水平位移在最高水位时比低水位时增大了35%,且地下水的存在使得爆破振动位移后期的波动幅度明显大于坡内不存在地下水时的波动幅度,说明地下水的存在增加了爆破振动波的振动周期,使得爆破振动波的波动幅度增加。

[6] 郑 允,陈从新,朱玺玺,等.基于 UDEC 的岩质边坡 开挖爆破节点拟静力稳定性计算方法[J].岩石力学与工程学报,2014,33(S2):3933-3940.

就在我要走的时候,那个女人喊住了我。原来她早已经为我煮好了一碗热乎乎的刀削拌酱面。我望着那碗面,浓浓的香味顷刻间钻入我的嗅觉。过度的饥饿使我无法拒绝一个陌生女人的盛情款待。这种时候,我需要放弃男人的所有虚伪和大男子的什么狗屁尊严,一概都他妈的见鬼去吧。我要填饱肚子,我甚至连一个谢谢之类的客套都没有,那碗面就囫囵到我的肚里了。

(4)在无地下水时坡脚起爆后土质路基边坡坡脚首先出现了振动破坏,且随着爆破振动持续作用,振动波沿着边坡高度往上传播到达坡顶时,坡顶出现了振动破坏,并出现了圆弧状的滑移现象。在有地下水时,坡脚爆破后,坡脚在爆破振动波的作用下产生了拉裂破坏,而坡顶没有出现破坏,说明地下水的存在加快了爆破振动波的衰减,使得坡顶没有发生破坏。

比较两组患者的治疗疗效,疗效评价标准如下:临床症状完全消失,影像学检查未见肠梗阻为显效;临床症状明显缓解,影像学检查未见肠梗阻,但略有痛感为有效;均不符合上述描述或症状加重为无效,有效率=(显效+有效)/50*100%。统计两组患者的并发症情况和恢复时间。

参考文献(References)

[1] GRAIZER V.Low-velocity zone and topography as a source of site amplification effect on Tarzana hill,California[J].Soil Dynamics and Earthquake Engineering,2009,29(2):324-332.

[2] HUANG Shuai, LV Yue-jun, PENG Yan-ju.Dynamic response of sandy slope under coupling of earthquake and groundwater[J].Geotechnical and Geological Engineering,2016,34(3):889-899.

[3] 黄 帅,吕悦军,彭艳菊.基于永久位移的边坡地震稳定性安全评价方法研究[J].土木工程学报,2016,49(S2):120-125.

[7] 万鹏鹏,璩世杰,许文耀,等.台阶爆破质点振速的高程效应研究[J].爆破,2015,32(2):29-32.

中国是一个发展中国家,时至今日,我国建筑节能水平远远落后于发达国家,建筑节能的研究和开发尚处于起步阶段。目前全国各省市全面执行节能65%的标准,但是由于部分设计人员对节能标准执行不力,节能技术产品的推广应用没有形成有序的市场竞争机制,缺乏科学的引导,尚未形成良好的建筑节能工作氛围[2]。

[4] HAVENITH H B,VANINI M,JONGMANS D.Initiation of earthquake-induced slope failure:influence of topographical and other site specific amplification effects[J].Journal of Seismology,2003,7(3):397-412.

[5] MARRARA F,SUHADOLC P.Site amplifications in the city of Benevento(Italy) comparison of observed and estimated ground motion from explosive sources[J].Journal of Seismology, 1998,2(2):125-143.

(3)随着地下水位的升高,边坡坡面的最大水平速度减小,而沿着边坡高度方向边坡坡面的最大水平速度也呈现出减小趋势,且在边坡顶部达到最小值。不同水位下,当爆破振动波从坡脚传播到坡顶时最大水平振动速度最大减小了91%。在不同地下水位下边坡坡脚的最大水平速度为2.4 cm/s,参照《爆破安全规程》(GB6722—2014)中边坡允许最大安全振速应为10 cm/s,可得出不同水位下此边坡处于安全状态。

[6] ZHENG Yun,CHEN Cong-xin,ZHU Xi-xi,et al.Node quasi-static stability analysis of rock slope under excavation blasting based on UDEC[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2014,33(S2):3933-3940.(in Chinese)

(1)随着地下水位的升高,土质路基边坡不同位置的振动加速度减小,其中地下水位的存在使得边坡坡脚位置的最大水平加速度最大减小了62%,说明地下水位存在增加了边坡的阻尼,使得边坡振动减弱。边坡顶部的最大水平振动加速度比坡脚位置的水平加速度最大减少了93%,说明当爆破振动波传播到坡顶时其在地下水位和土体介质中的衰减程度明显。

[3] HUANG Shuai,LV Yue-jun,PENG Yan-ju.Study on safety evaluation method of seismic stability of slope based on permanent displacement[J].China Civil Engineering Journal,2016,49(S2):120-125.(in Chinese)

2.模拟拉动训练: 演习前6 d,完成针对性训练,如针对海上工作、生活的特点及要求,大风浪航行时物品固定及防护,掌握常用晕船防治和心理干预方法,海上逃生方法与水面生存知识。组织队员集中观看相关海上救护训练教学视频,学习相关医疗卫勤保障方案,讨论20名模拟伤病员的搬运及救治方案,组织陆上模拟拉动演练。

[7] WAN Peng-peng,QU Shi-jie,XU Wen-yao,et al.Study of elevation effect of bench blasting particle vibration velocity[J].Blasting,2015,32(2):29-32.(in Chinese)

1.3 疼痛护理查检表的建立 由护理部主任、疼痛专业组长、疼痛医生、疼痛护士、药剂师共5人组成专家讨论组,在前期临床调研的基础上,参考相关规范/指南,按照患者入院-疼痛评估-疼痛干预及护理-疼痛随访的流程,构建疼痛护理查检表。通过对16名疼痛专家(专家权威程度系数是0.97)的2轮函询,最终筛选出包括疼痛评估、疼痛护理、疼痛记录、健康教育、疼痛随访、镇痛泵管理、疼痛护士职责共7项内容的疼痛护理查检表。具体内容见图1。其中,健康教育知晓的判断标准:①无须忍痛;②阿片类药物成瘾罕见;③按时服药,不随意增减药物剂量。以上3条内容全部答对即为健康教育内容知晓。

[8] 唐 海,李海波,蒋鹏灿,等.地形地貌对爆破振动波传播的影响实验研究[J].岩石力学与工程学报.2007,26(9):1817-1823.

李老鬼笑笑。你小子狗咬石匠想挨锤哩。咋不学好?二十块钱也是咱血汗钱,是咱一个汗珠子掉地上摔八瓣挣来的。

[8] TANG Hai,LI Hai-bo,JIANG Peng-can,et al.Experimental study on effect of topography on propagation of blasting waves[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(9):1817-1823.(in Chinese)

[9] 刘 磊.岩质高边坡爆破动力响应规律数值模拟研究[D].武汉:武汉理工大学,2007.

[9] LIU Lei.Numerical simulation research on dynamic response rules of high rock slope under explosion[D].Wuhan:Wuhan University of Technology,2007.(in Chinese)

社区矫正工作的正常开展依赖于充足的经费支持。有学者主张,应当确立“省级财政经费为主,县级财政经费为辅”的社区矫正经费保障体制。[6]笔者同意这种看法,由省级财政提供主要经费,县级财政提供少量的经费,上下联合,共同确保矫正工作顺利进行。

[10] 任月龙,才庆祥,舒继森,等.爆破震动及结构面渐进破坏对边坡稳定性影响[J].采矿与安全工程学报,2014,31(3):466-440.

[10] REN Yue-long,CAI Qing-xiang,SHU Ji-sen,et al.Influence of blasting vibration and structural plane progressive failure on slope stability[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2014,31(3):466-440.(in Chinese)

邹锐,王玉杰,任少峰,陶明
《爆破》 2018年第1期
《爆破》2018年第1期文献

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