露天爆破对地下建筑物稳定性的突变分析.docx

《露天爆破对地下建筑物稳定性的突变分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《露天爆破对地下建筑物稳定性的突变分析.docx（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、露天爆破对地下建筑物稳定性的突变分析 【摘要】依据地下建筑物结构特点，探讨了爆破作用下产生的动载荷对地下建筑物的结构平稳性问题。通过数学建模，探讨失稳破坏的规律，依据失稳临界条件，确定地下建筑物顶板的平安厚度值，同时分析影响临界平安厚度的主要因素。为进一步探讨地下建筑物结构在爆破作用下的失稳机制奠定了基础。 【关键词】爆破；地下洞室；失稳；平安厚度 0 引言 工程爆破在实际操作过程中，很简单给其四周环境带来不利影响，特殊是对地下建筑物的破坏作用。因此，对这一问题始终受到人们重视和不断探讨，并且建立了一些突变数学理论模型对其进行分析。而且这些突变理论在众多工程实践中得到应用，验证了用突变理论来探

2、讨爆破动载荷诱发地下建筑物结构失稳的机理是具有可行性、合理性的。 魏德敏和左于军等人胜利的应用突变理论探讨了在地下工程岩体，并分析了爆破动载荷作用下的地下洞室顶板的稳定性问题；许强等人也借助了突变理论探讨了在静态作用下的岩体振动过程分析。 由于数学模型的大量问题尚未解决，所以动载荷下的地下筑物、构建物结构稳定性问题还有待于探讨。 1 尖点突变理论 上式是系统平衡方程，对其求二阶导数： 我们知道对函数进行二阶求导可以找到系统的平衡点，在平衡点以上的全部点上，恒有0，此时方程是微小值，平衡状态是稳定的；在平衡点之下，满意0，此时方程有极大值，这时候的平衡状态不是稳定的。 2 平稳性状态改变原理 当

3、地下建筑物在受到重复多次动载荷作用下，其自身结构破坏是一个困难多变的过程。一般分析地下建筑物受动载荷破坏的方法是：一方面从所受动载荷类型特点上分析；另一方面则是从自身结构因素分析。当在外界的作用下，系统会作出相应的状态变更。在反复受到外界动载荷作用后，系统会渐渐积累这一改变量，一旦扰动量达到临界值后，系统就会由稳定向不稳定状态突变。由理论力学的变分原理我们可以得到，在约束条件下，在平衡点上的可能发生的某种运动可能发生也可能不发生，这主要取决于扰动，而扰动是通过放大效应来实现。它将系统的真实运动从一切可能中选择出来，选择一种高度的极其具有可能的发生状态，其实，这与分析力学中的虚位移原理是很相近的

4、，任何微小的扰动通过变分原理都可以近似的作为巨扰动来处理。 3 影响临界平安厚度的主要因素 依据尖点突变理论可知，保证平安的极限厚度受到许多因素的影响，但概括起来主要分为两种：外因和内因。这里主要探讨爆炸强度、爆炸频率以及岩体强度和岩体的完整性对地下建筑物顶端临界平安厚度的影响。 3.1 爆炸强度和爆炸频率对极限厚度的影响 由爆炸的相关学问和尖点突变理论可知，爆炸振幅Pmax对保证平安的极限厚度h0的影响较大，与此同时，爆破振动频率的大小对保证平安的极限厚度h0也有重要的影响，下面探讨振幅Pmax和保证平安下的极限厚度h0的定量关系3。由相关理论分析可知： h0=1.561012Pmax2 从

5、图5可以看出，爆炸产生的振幅Pmax增大时，保证平安的极限厚度h0也随之增大，但二者之间的增加是非线性的。所以，保证平安的极限厚度h0对爆破震幅Pmax的波动较为敏感。露天爆破时，爆破威力越大，越简单引起地下建筑物的破坏，地下建筑物越不稳定。 3.2 岩体强度和完整性对极限平安厚度的作用 岩体强度和岩体的完整性对地下建筑物上端的稳定性有着很大的影响。弹性模量E是影响岩体强度和岩体的完整性的重要参数。岩石的强度和完整性越大，岩体的弹形模量也随之变大，反之就越小。由尖点突变理论可以看出，弹形模量与保证平安的最小厚度之间存在着某种定量的关系。弹性模量E的增加时，保证平安的最小厚度h0会减小。说明围岩

6、强度和完整性越好，地下建筑物顶端越不简单发生失稳，反之就可能发生失稳破坏的现象。通过爆炸的理论学问可知，爆炸产生的应力会对岩石产生相应的毁伤破坏，使岩石的完整性降低，致使岩石的弹性模量的减小，从而提高了岩石遭到破坏的概率。对于重复爆破作业，例如隧道掘进和矿山采掘，还存在累积损伤效应，在爆破应力波的反复作用下，岩体弹性模量随着岩体损伤非线性累积而降低。当岩石的弹性模量减小到某一值时，地下建筑物的顶端厚度也到达极限厚度，在此状况下，假如再接着爆破工作，爆炸产生的应力破坏地下建筑物的顶端，产生相应的破坏。图6是岩石弹性模量和保证平安的极限厚度之间的关系曲线图。 从图6可已看出，岩石的模量越小，极限厚

7、度越大，地下建筑物越不稳定；反之，地下建筑物的顶端越平安，越不简单失稳。在岩石弹性模量固定时，爆炸产生的强度越大时，保证平安的极限厚度越大，地下建筑物也就越简单遭到破坏。 4 结论 4.1 爆炸强度和岩体强度对地下建筑物极限平安厚度有着显著的作用。 4.2 保证平安的极限厚度h0对爆破震幅Pmax的波动较为敏感，露天爆破时，爆破威力越大，越简单引起地下建筑物的破坏。 4.3 地下建筑物弹性模量越小，极限厚度越大，地下建筑物越担心全；反之，地下建筑物顶板越稳定。 【参考文献】 1许强，黄润秋，王来贵.地震作用下结构非线性响应的突变分析J.岩土工程学报，19101. 2吴从师，徐泽沛，陈听.爆破地震作用下重力式挡土墙的稳定分析J.岩石力学与工程学报，2003，22. 3闫长斌.爆破作用下岩体累积损伤效应及其稳定性探讨D.中南高校，2022. 4李树森，任光明，左三胜.层状结构岩体顺层斜坡失稳机理的力学分析J.地质灾难与环境爱护，11015，6：24291. 5卢世宗.我国露天矿山边坡探讨的基本状况与展望J.金属矿山，11019，279. 责任编辑：汤静 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页