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爆破开挖对公路边坡稳定性的影响分析 393 爆破开挖对公路边坡稳定性的影响分析 刘宏宇1 2 卓祖城1 高文学L 刘洪洋1 (1．北京工业大学建工学院j幻善 l∞124； ．2．城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室 北京 100022) 摘要：岩质离边坡是山区公路建设中常见的一类边坡，箕静力和动力稳定慷分析一直是岩土 工程界密切关注的问题。本文以具体工程为背景，比较系统地分析了爆破开挖对岩质 边坡稳定性的影响，探讨了岩质高边坡动力稳定性评侩标准；通过有隈元分析方法对 岩质遗坡爆破开挖过程进行了数值模拟，分析了不同爆破参数争透坡设计坡度下爆破 开挖对岩质高边坡稳定性的影响规律。 关键谰：路堑离边坡爆破开挖动力稳定谯数值模拟 O 引言 岩质高边坡的安全性评价，是嘲区公路建设过程中的常见问题。目前，针对路堑高边坡的 设计主要是基于地质勘探资料，并对岩体开挖后的静力稳定性进行分析，设计中对爆破开挖引 起的边坡动态稳定性阎题涉及较少。调查资料表明，路堑边坡开挖后的部分病害大都是由于 不合理的爆破施工引起的，并已成为影响边城稳定安全的重要因素。 国内学者对爆破荷载下岩质边坡动力稳定性以及评价标准问题的研究，目前还处于探索 除段，虽然取褥了一定豹疆究成果，但还缀不宠善。部分研究者分剃通过离教元法、有限元法、 有限差分法等对边坡在爆炸荷载下的动力响应进行数值模拟，得到了较为理想的结果。这说 明通过数值模拟方法分析边坡在爆炸荷载下的动力响应是可行的u．2．3J，但离实际应用尚有一 定鞭离。 本文结合北京延(庆)一龙(庆峡)路改建工程，以熟中一段路堑爆破开挖作为研究对象， 采用MIDAS—GTS有限元分析软件对爆破开挖过程进行数值模拟计算；结合现场监测数据， 分轿了不溺王况下，瀑酸对不竭坡度的路堑裔边坡稳定性的影响。这对弱类王程具有一定的 借鉴作用。 l爆破开挖对岩质高边坡稳定性的影响 天然岩体，一般处于较稳定的静力平衡状态。路堑高边坡的开挖，打破了天然岩体内原有 的应力平衡，使其应力状态发生了改变。现有的边坡设计理论，主要考虑开挖后岩体能否达到 一个凝的静力平衡，徨逮坡岩体的稽挖不是一个篱擎鹩静力过程，还必须考虑拜挖过程中爆破 对边坡稳定性的影响。 山区公路岩质高边坡的爆破开挖，多是从上向下成台阶或梯级进行。基于岩石爆破作用 原理江】，瀑破破岩的过程主要是应力波和爆轰气体匿力共同作用的结果：一方面，炸药爆炸 后，产生的爆炸气体膨胀并作用在药包周边的岩石上，使岩石内部产生剪切破坏；另一方面，爆 394 全国山区公路环境与岩土工程学术会议论文集 炸产生的爆轰波冲击和压缩周围的岩体，造成岩体的局部粉碎，同时压力波在向四周的传递过 程中与自由面反射的拉伸应力波共同作用，产生破坏。 由此可见，爆破开挖对岩质高边坡的影响可分为两类：第一类是爆破对坡面的影响。由于 设计坡面距离炮孑L(药包)很近，一般处于破裂区或者粉碎(压缩)区内，坡面容易产生贯通的 径向裂纹。如果设计和施工不当，就容易造成局部崩塌或落石，给行车带来安全隐患。第二类 是爆破对边坡整体稳定性的影响。爆炸产生的应力波在岩石内部传递，容易造成岩体内原有 的节理、裂隙进一步扩展，引起破碎带或完整岩石中隐节理的运动，严重时还可能造成岩体沿 已有结构面滑移，直接影响边坡的整体稳定性。 2岩质高边坡动力稳定性评价 岩质高边坡可能遇到的动力问题，主要包括地震作用下的边坡稳定性问题和爆破荷载下 的边坡稳定性问题。地震荷载和爆炸荷载有着明显的不同，相比地震荷载，爆破所产生的振动 频率要高得多，可以达到几十赫兹；同时，爆炸冲击的作用时间很短．一般认为炸药爆炸冲击波 的作用时I盲-J+于0．1s。这两种荷载的不同特点，决定了针对不同荷载下岩质高边坡动力稳定 性评价标准是不尽相同的。 目前评价岩质高边坡的动力稳定性，主要通过两种方式： (1)经验法，其中速度判别法应用最广。一般认为，岩体振动速度的大小和边坡破坏程度 有很大关系，因此可以人为设定振动安全临界值，以此控制爆破施工方式。但在不同的工程条 件下，岩体有着不同的类别、风化程度等，设定的振