爆破工程地质及岩土与构件材料的性质510.pdf

《爆破工程地质及岩土与构件材料的性质510.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《爆破工程地质及岩土与构件材料的性质510.pdf（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1/30 爆破工程地质及岩土与构件材料的性质 1.1 爆破工程地质 1.1.1 基本概念 地球的表层是由一层固体物质组成的硬壳，这层硬壳通常称为地壳。地壳的具体物质组成就是岩石（土）。世界上的岩石种类很多，但任何一种岩石都有它的历史、成因和过程，其外表和内部特征亦有着自己固有的规律性。了解和掌握岩石类型、矿物成分、结构和构造等特征，不仅可以鉴定岩石类型，而且可以在工程爆破设计中利用岩石的特性取得预期爆破效果。岩石是在一定地质条件作用下，由一种或几种矿物质组成的天然集合体。如花岗岩，它是由石英、长石、黑云母等矿物质组成的由岩浆作用形成的岩石。岩石种类很多，按其成因可分为以下三大类型：岩浆岩：由熔

2、融的岩浆在地壳内部或地表面冷凝结晶而形成的岩石。岩浆岩亦称火成岩。沉积岩：由陆地或海洋中的沉积物（如卵石、砂、粘土等）经胶结硬化而形成的岩石。变质岩：由原来的岩浆岩或沉积岩，经过变质作用而形成的岩石。矿物质是由各种自然元素（如石墨C、硫S）或化合物（如石英SiO2、方解石CaCO3、白云石MgCa(CO3)2 等）在天然物理化学条件下形成的，它具有一定的化学成分和物理特性。地壳中已发现的矿物质约有 3000 余种，但能构成岩石主要成分的（称造岩矿物）仅仅约 3050 种，而各类岩石中最常见的造岩矿物仅 10 余种。岩石的结构是指岩石中矿物的结晶程度、晶粒大小和形状等岩石内部结合的特征。岩石结构

3、反映了岩石形成过程的条件和原因，它是鉴2/30 定岩石的重要标志之一。岩石的构造是指岩石中矿物的排列和相互配置的关系在外貌上的特征。它也反映了岩石形成过程的条件和原因，也是鉴定岩石的主要标志。1.1.2 岩石的矿物成份、结构和构造特征 1.1.2.1 岩浆岩 （1）、矿物成分 岩浆岩矿物成分非常复杂，但最主要有以下 8 种：浅色矿物有石英、正长石、斜长石、白云母等；深色矿物有黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等。（2）、结构 按矿物的结晶程度及晶粒大小，可分为 5 类：显晶质结构深成侵入岩特有的结构；隐晶质结构浅成侵入岩和喷出岩特有的结构；玻璃质结构喷出岩所特有；斑状结构和似斑状结构前者为喷出岩或部

4、分浅成侵入岩的一种，后者为深成侵入岩的一种。（3）、构造 常见的岩浆岩构造有 4 种：、块状构造，如花岗岩、闪长岩等侵入岩均为此种构造；、气孔状构造，即岩石中具有气孔的构造，它是喷出岩所特有的构造，如玄武岩等；、杏仁状构造，即岩石中原来的气孔又被后来生成的硅质或钙质充填，形状似杏仁，故称为杏仁状构造，它也是喷出岩所特有的，如玄武岩、辉绿岩等；、流纹状构造，即岩石中片状或板状矿物及不同颜色的基质（矿物颗粒有大小之分，大者称斑晶，小者称基质）和气孔都大致互相平行，3/30 顺着岩浆流动的方向排列，它是酸性岩浆所特有的构造，如流纹岩。、爆破工程地质及岩石与构件材料的性质（2）主要岩浆的描述 、花岗岩

5、：颜色多为肉红色、粉红色及淡灰色等，由石英、正长石、黑云母、角闪石等矿物组成，全为显晶质结构，块状构造，一般以岩基、岩株、岩脉等产出。花岗岩的抗压强度约为 120240MPa，普氏系数（见第三节）f=1224。、流纹岩：一般为淡红色，亦有白色、浅灰色，斑状结构，斑晶为石英，基质为隐晶质和玻璃质，流纹状结构，产状为岩流，属于酸性喷出岩。其抗压强度约为 100150MPa，f=1015，易风化。、正长岩及正长斑岩：一般为淡红色或淡黄色，多数不含石英，主要矿物成分为正长石、斜长石、黑云母、角闪石，其它特征皆与花岗岩相同，自然界中它们很少有大规模的岩体，多呈岩脉产生。、粗面岩：一般为淡红色、浅褐黄色或

6、浅灰色，斑状结构，斑晶为透长石或正长石，基质为隐晶质或玻璃质，产状多呈面积较大的岩流，因其表面很粗糙，故称粗面岩。、闪长岩：灰色或深灰色，以斜长石、角闪石为主，并有辉石、黑云母等。含石英者称为石英闪长石，多为小型岩基及岩床。闪长岩抗压强度约为 200250MPa，f=2025。、安山岩及玢岩：安山岩是地壳上分布最广的喷出岩之一。有淡紫、浅绿、黑灰等色。斑状结构，斑晶主要为斜长石，有时为角闪石及辉石，基质为隐晶质。其构造有块状、多孔状、杏仁状等。安山岩4/30 常为岩流产出。若在安山岩类岩石中见到绿泥石、绿帘石、绢云母和高岭土成分时，为次生变化成的玢岩或安山玢岩。该类岩石抗压强度可达 18025

7、0MPa，f=1825。、辉长岩：多为深色，主要成分为斜长石和辉石，少量黑云母及角闪石，显晶质等粒状结构，块状构造。多为岩盘和岩基产出。、辉绿岩：多为暗紫、暗绿、灰绿等色。隐晶质结构或斑状结构，斑晶为细小的斜长石或角闪石，基质为隐晶质，而且还常含有方解石、绿泥石、绿帘石及蛇纹石等次生矿物。常为气孔状、杏仁状或块状构造。多呈岩床或岩脉产出。、玄武岩：黑褐色。多为隐晶质结构或显微斑状结构。块状或气孔状构造。多为大面积的岩流产出。20。辉长岩、辉绿岩和玄武岩的抗压强度均超过 200MPa，f 0.2cm）。火山碎屑岩物质成分很复杂，构造上也往往具有气孔，故易透水、易风化，尤其是许多火山灰能风化成斑脱

8、土（膨润土），整体稳定性较差。10cm）、火山角砾岩（碎屑为 0.210cm）、凝灰岩（碎屑 在岩浆岩中除上述几种岩石外，还有火山碎屑岩：例如火山集块岩（碎屑 1.1.2.2 沉积岩 （1）、矿物成分 沉积岩是地面上分布最广的岩石，约占陆地面积的 75%。其矿物成分除石英、长石、云母外，还有方解石、白云石以及石膏和高岭土等。（2）、结构 0.005mm 的粘土矿物组成，如页岩）。按胶结物质成分分为硅质胶结（胶结坚固、硬度大、强度高、不易风化）；钙质胶结（胶结致密，有一定强度）；铁质胶结（较坚固、强度较高、但易水解和风化）；碳质胶结（强度低、易风化、不稳定）；泥质胶结（胶结极差，易水5/30 解

9、和风化）。2mm 的卵砾组成，如砾岩）；砂质结构（由 d=20.05mm的砂粒组成，如砂岩）；粉砂质结构（由 d=0.050.005mm 的粉砂粒组成，如粉砂岩）；泥质结构（由 d 按颗粒大小，可分为砾质结构（由颗粒直径 d （3）、构造 沉积岩最主要的构造是具有各种各样的层理。层理是沉积岩在形成过程中岩石的矿物成分、颗粒大小或颜色等在垂直方向上发生变化、显出成层的现象。这是由于地壳运动的升降及当时气候条件的变化使介质和沉积物发生改变形成的。其层理现象不仅是它区别于岩浆岩和部分变质岩的最直观最突出的标志，而且由于层理的存在，使其整体性变的更差。常见的层理是水平层理（一层层互相平行的层理），有时

10、亦见交错层理（一层层交互着的层理）。在层理面上有时还可见一些波痕、龟裂、雨痕等特殊的构造特征，有时在岩石中也可见到化石及一些结核体。这些都是沉积岩区别于其它岩类的标志。（4）、主要类型及其识别 沉积岩主要岩石种类有碎屑岩类砾岩、角砾岩、石英砂岩、石英长石砂岩、铁质砂岩、钙质砂岩、粉砂岩；粘土岩类页岩、泥岩；化学岩及生物化学岩类石灰岩、白云岩、泥灰岩、岩盐、石膏、煤碳等。沉积岩的识别方法是：第一步，首先根据其层理这一特殊特征，将其与岩浆岩和变质岩区别开来，然后根据沉积岩的结构确定其岩类；第二步再根据岩石中颗粒或胶结物的矿物成分确定岩石的具体名称。举石灰岩为例：首先发现其矿物成分为方解石，滴盐酸猛

11、烈起泡，结构为致密的化学结晶结构，则为石灰岩；若其中还含有硅质，则称硅质灰岩；若其中含有泥质，则叫泥质灰岩；若其中含有白云石颗粒，则叫白云质灰岩。6/30 爆破工程地质及岩石与构件材料的性质（3）变质岩 （1）、矿物成分 变质岩矿物成分较复杂，主要有三大类：、只有变质岩中才有的矿物变质矿物，如十字石、兰晶石、硅线石、阳起石、滑石、叶腊石、红柱石、姜青石、方柱石等。如果岩石中含有上述矿物，则可断定为变质岩；、不是变质岩所特有，但大量出现可作为变质岩特征（与变质作用有关），如绿泥石、绿帘石、绢云母、刚玉等；、在变质岩和其它岩石中都能稳定存在的矿物，如石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石等。（2）

12、、结构 其结构分为两大类：、变晶结构，即原来岩石中矿物经变质作用重新结晶形成新矿物的结构，如片岩等；、变余结构，即经变质作用还残留下来原有岩石矿物或结构和构造的结构，如板岩。7/30 爆破工程地质及岩石与构件材料的性质（4）构造 变质岩在构造上最重要的特征是具有片理。片理是指岩石中的矿物平等排列所呈现的片纹，且沿片纹有分裂成薄片的性能。片理面多弯曲又光滑，并带有光泽（这与沉积岩的层理面不同，借此可区分层理和片理）。片理是识别变质岩的重要标志。片理构造又分片麻状构造、片状构造、千枚状构造、板状构造、块状构造等。（4）、主要类型及其描述 变质岩种类颇多，远超过岩浆岩和沉积岩。但常见类型主要有：片状

13、岩类片岩（云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、角闪石片岩）、千枚岩、板岩、片麻岩（花岗片麻岩、角闪石片麻岩、黑云母片麻岩）、块状岩类大理岩、石英岩等。、片岩：主要特点是具有典型的片理构造，在矿物成分上不含长石（此点可与片麻岩相区别），但含大量片状或针状矿物，如云母、绿泥石、角闪石等。由于片岩片理发育，多为片状或针状矿物，因此强度低，极易风化剥落，产状不利时易塌方，尤其是当含有大量云母、滑石和绿泥石时，遇水后极易软化，且很滑润，会造成岩石边坡极不稳定。、千枚岩：由粘土质页岩变质而成，以千枚状构造和丝绢光泽为主要特征，片理很发育，质地较松软，紫红或褐色，力学强度低，易风化破碎，边坡不稳定。、板岩：各种

14、页岩变质而成，板状构造为主要特征，故能形成大块薄层石板。虽岩石较致密坚硬，片理较发育，但又具脆性，故裂隙发育，岩层破碎，边坡不稳定，易滑坡。、片麻岩：具片麻状构造，因矿物成分多种多样，其颜色也各不8/30 相同。其片理的发育程度、力学强度、抗风化能力等都与其中的片状矿物含量有很大关系。如花岗片麻岩，含云母少，成分和结构与花岗岩近似，片理不发育，故力学强度较高，抗压强度可达 200MPa，f 值可达 20。又如黑云母片麻岩，因黑云母含量高，片理较发育，顺片理方向的力学强度很低，质脆，当片理产状向外倾斜时，边坡不稳定，极易形成顺层滑坡。、大理岩：由石灰岩或白云岩变质而成。纯大理岩为白色，含杂质时带

15、有各种美丽的色调，质地不一，且有一定的力学强度，抗压强度约为 80150MPa，f=815，不易风化，边坡稳定。25。、石英岩：是石英砂岩、硅质页岩、燧石等以硅质为主要成分的岩石变质而成。质地十分坚硬，抗风化能力极强，抗压强度大于250MPa，f 1.1.3 地质作用与地质构造 1.1.3.1 地质作用 地壳在地球内热（地球内放射性元素蜕变形成的热能）和太阳热能及地球引力的作用下，处于不稳定状态，不断地改变着本身的成分、构造和外形，这种作用，统称为地质作用。按作用能量的来源分为内力地质作用和外力地质作用两大类，前者是由地球内热产生的作用，如岩浆作用（形成岩浆岩）、构造作用（地壳运动产生地质构造

16、和地质现象）、变质作用（形成变质岩）；后者是由太阳热能和地球引力引起的作用，如风化作用、风的作用（搬运作用）、各种地表水或地下水的地质作用等，形成沉积岩。在内力地质作用和外力地质作用的综合影响下，地壳发生了并正在发生着各种不同类型的运动，此统称为地壳运动，如构造运动、火山运动、地震等都是地壳运动的具体表现。9/30 1.1.3.2 地质构造 地质构造是指各种地壳运动所形成的地壳内各种构造形态的总称，如褶皱、断层、构造节理、劈理、层理、沉积间断和不整合等等。爆破工程地质及岩石与构件材料的性质（5）成层构造 沉积岩由于其形成时沉积作用过程和沉积条件及环境的局限，使其具有成层性，因此，沉积岩和由沉积

17、岩变质而成的变质岩都呈现成层构造（成层理），这种成层构造使沉积岩在其垂直方向上失去了整体性，产生了软弱结构面，因而成为岩体的不稳定因素。、岩层 岩层是指一定地质年代阶段范围内所沉积的地层，所以，岩层是沉积壳的基本单位或岩性单位。一个岩层又可细分为若干层。每一个层的上下两个互相平行的面叫层面。相邻两个层面之间的垂直距离叫层厚，同样，相邻两个岩层面之间的垂直距离叫岩层厚度。、岩层的种类 ，又叫做直立岩层。时，叫水平岩层；当此交角为一定数值时，叫倾斜岩层，特别是当此交角为 90 根据岩层面与水平面交角的关系，岩层可分为水平岩层和倾斜岩层。当此交角为 0 、成层构造稳定性因素分析 A、岩层产状：a、倾

18、斜岩层的倾向外倾不稳定，内倾稳定；b.倾角倾角越小越稳定，越大越不稳定，但当岩层趋于直立时，层面插入基底，不易被人工开挖破坏，故常形成陡峻的稳定边坡；c.走向（岩层面与水平面交线的方位角）：当岩层走向与开挖边坡走向平行且岩层外倾时最不稳定，随着岩层走向与边坡走向交角增大时，边坡稳定性随之增强，至岩层走向与边坡走向垂直时，边坡最为稳定。B、岩层层面特征：包括层面清晰程度、层间张开程度、岩层充填和10/30 胶结情况等。显然，层次分明、层间张开、岩面光滑、层间又充填泥质物质时，最不稳定。反之较稳定。C、岩层厚度以及是否含有互层软弱夹层：岩石坚硬、岩性均匀的岩层易形成厚层（10050cm）或巨厚层（

19、大于 100cm），故不易风化，比较稳定；相反，层薄的岩层往往岩石松软或岩性不均匀，故易风化，不稳定。同样，互层（若干不同岩性的岩层相间排列在一起的情况）越多，越不稳定；含有软弱夹层（夹在厚层之间的薄层）的岩层最不稳定。（2）、褶皱构造 、基本概念 成层的岩层受构造作用力挤压后，改变了原来产状，但未破坏其连续性而形成弯曲的或波状起伏的构造形态，叫褶皱构造，简称褶皱。褶皱的基本单位是褶曲，褶曲即褶皱岩层中的一个弯曲。褶皱又可分为背斜和向斜两种基本形式：背斜岩层排列向上隆起，核部为老岩层，两翼为新岩层，两翼岩层向外相背倾斜；向斜与背斜相反，岩层排列向下凹曲，核部为新岩层，两翼为老岩层，两翼岩层向内

20、相向倾斜。背斜中间隆起的部分或向斜中间凹曲的部分，叫褶曲的核部（即中心部分）；背斜或向斜两侧部分，叫褶曲的翼部；通过中心将褶曲两边大致平分的理想面，叫褶曲的轴面。根据褶曲的轴面位置和两翼岩层的产状，褶曲可分为五种基本类型：直立褶曲、倾斜褶曲、倒转褶曲、平卧褶曲、翻转褶曲。、褶皱构造稳定性分析 褶皱运动极大地破坏了岩层的完整性，在褶曲岩层中，裂隙纵横交错广泛分布，尤其是褶曲核部，裂隙极为发育，岩体破碎，风化强烈，地下水丰富，岩体极不稳定；而褶曲翼部受构造力的破坏相对较小，裂隙发育程度显著减弱，岩体比较完整，稳定性大为增加。11/30 （3）、断裂构造 岩层在地壳运动中受构造应力的作用后，破坏了岩

21、层的连续完整性而发生断裂，这种断裂称为断裂构造。断裂构造一般分为节理和断层两大类。爆破工程地质及岩石与构件材料的性质（6）节理及其稳定性分析 岩层沿断裂面没有或只有极细微变位或位移的断裂构造，叫节理（又称裂隙）。按其成因可分为构造节理和非构造节理两大类。构造节理又可分为剪节理和张节理；非构造节理分为原生节理、风化节理、滑坡节理、崩塌节理、陷落节理、卸荷节理和人工节理。A、剪节理（在构造作用中由剪切力造成的节理）的特征是沿节理面的走向和倾斜方向延伸很深很远，且延展方向保持不变，永远保持一个平面，该面有时能同时切穿数层不同岩性的岩层。剪节理面上常常比较光滑，有时还具有滑动擦痕，在同一地区剪节理的密

22、度比较固定。所以，剪节理对岩层的完整性破坏极大，往往是影响岩体稳定性的极重要因素。B、张节理（由张力或简单压力引起的）的特点是节理张口，节理面上往往凹凸不平且带颗粒状，没有任何位移擦痕。张节理沿走向或倾斜方向延伸不长，很快尖灭。但是，多数情况下一条条一层层张节理呈互相平行的串珠状分布，对岩层完整性的破坏程度随之加大，因此，也是影响岩体稳定性的重要因素。上述两类节理因地壳长期多次活动，故广泛分布，且非常密集，在很小的范围内都会遇到一组或几组节理的组合，从而影响到局部岩体的稳定性。12/30 C、原生节理（各种岩石形成过程中形成的），如岩浆岩在冷凝时形成的节理，玄武岩中的柱状节理就是最典型的原生节

23、理，它常将岩体分裂成长度达数十米、断面呈多面状（三到九面）柱体，对岩体稳定性影响很大。在各种侵入岩里也有原生节理，它也会影响岩体稳定性。D、风化节理（风化过程中形成的）一般分布在岩体露头表层，延伸不远，除在岩层严重风化的地段外，一般情况下对岩体稳定性影响较小。E、滑坡节理、崩塌节理和陷落节理，它们的形成显然与滑坡、崩塌和陷落等动力地质作用有关，并直接影响岩体稳定性。F、卸荷节理（在重力或其它外力影响下，处于河谷或岸边陡峭岩石中所形成的节理），又称岸边节理，对岩体稳定性影响极大，尤其是在大爆破情况下，它往往是造成塌方或大量超爆的根本原因。G、人工节理，是与爆破、打击等有关的节理。若不采取预防措施

24、，则爆破后形成的节理对岩体边坡的稳定性亦有较大影响。（4）、断层 岩层沿断裂面有一定位移的断裂构造叫断层。为了叙述断层的发育情况，规定断层要素如下：断层发生相对位移的面叫断层面。断层面与地层面的交线叫断层线。断层线方向表示断层的延伸方向。断层面以上的断块叫上盘；断层面以下的断块叫下盘，其中相对上升的一盘叫上升盘，相对下降的一盘叫下降盘。上下两盘的相对位移叫断距。断层线两侧一定范围内岩体的破碎部分叫断层破碎带。有时当断层两盘沿断层面移动时，彼此研磨，把岩屑进一步磨成粉末状物质，此称为断层泥。有时由于断层两盘会在断层面上留有明显的擦痕，此称为断层擦痕。断层可分为正断层（上盘相对下降）、逆断层（上盘

25、相对上升）和13/30 平推断层（两盘沿断层面的趟向发生水平方向的相对位移）。地壳中的断层通常不是弧立出现的，在复杂的构造运动作用下，各种断层常联系在一起，构成地垫、地垒和迭互式断层等更为复杂的断层组合形态。断层对各种工程的影响往往超过其它任何一种地质构造，这主要表现在以下三方面：、形成断层破碎带：破碎带中节理极为发育，岩石极为破碎且松散，地下水很丰富，有的破碎带中岩石风化剧烈，风化深度很大，岩性松软，强度很低，这种破碎带的宽度一般为数米至数十米，有的宽达数百米。、断层面是重要的软弱结构面：任何断层面从规模来讲都大大超过节理面或层理面，且断层面上往往很光滑，有时还夹有断层泥。因此，断层面是最危

26、险的岩体滑动面。、在断层附近一定范围内，往往构造节理比其它地段发育，且节理规模亦较大。（5）、劈理及其稳定性分析 在断裂构造中，还有一种细微的断裂构造叫劈理。它主要只形成由褶皱地层中（因此主要只有在沉积岩中才有劈理构造），有时在个别大型逆断层中也有发生。劈理实质上是指岩石中具有沿着一组平行面裂成薄片的能力。这种具有劈理的岩层，在后来各种力（包括地质作用力或人工作用力）的影响下，就能使岩层裂成极薄的小薄片。因此，劈理也是影响岩体稳定性的一种因素。1.1.4 与爆破工程有关的其它地质作用 1.1.4.1 水文及水文地质 14/30 存在于岩石或土的孔隙、裂隙或空洞中的水蒸气、液态水及固态水统称为地

27、下水。地下水若根据其埋藏条件，可分为三大类型：即上层滞水、潜水和自流水。上层滞水指存在于包气带中局部隔水层之上的重力水；潜水指位于地表以下第一个稳定隔水层之上具有自由表面的重力水；自流水指充满两个隔水层间的水。1.1.4.2 岩溶 岩溶是指可溶性岩层（如石灰岩、白云岩等）被水溶蚀而成的各种洞穴及各种奇观的空洞自然形态。在爆破工作中，岩溶有可能使爆破能量消失于地下而达不到预计的爆破效果，或者溶面本身就是岩体破坏最好的边界面（临空面），从而改变预计爆破漏斗的形成、影响爆破范围的大小，或者由于岩溶的发育，使整个爆破区域内处于不稳定临界状态，在巨大爆破作用下，会产生地盘陷落、崩塌、地下水渗漏或涌水等现

28、象。1.1.4.3 崩塌 崩塌是指在陡峻斜坡上巨大岩块突然发生崩落的现象，崩落时岩块倾倒翻转，互相撞击破碎堆积在坡脚下，当在构造节理发育、岩石比较破碎地带进行大爆破时，很容易形成崩塌。1.1.4.4 滑坡 滑坡是指斜坡上的土石体在重力作用下，失去了原有的稳定状态，沿着一定的滑动面向下作整体性缓慢滑动的现象。爆破时，若岩体存在软弱结构面，由于爆破的震动作用，岩体层间的粘结力被破坏，滑坡便可能发生。1.1.5 爆破工程地质勘测 1.1.5.1 勘测内容 爆区的地质资料是爆破设计的重要依据。因此，在爆破设计前要对15/30 爆区的地质情况进行详细的勘测。勘测面积包括爆破作用区及其影响范围，勘测内容如

29、下：（1）、地形地貌的测绘和描述。（2）、地层分布界线和各种岩石的名称、岩石物理力学性质的描述（水平方向及垂直方向岩性的变化，同时在有代表性的部位采取岩石试样送试验室进行岩石力学性质试验）。（3）、岩层产状、产状的变化（如褶曲，岩层的错动等）以及它们与工程方面的关系。（4）、断层面、不同岩层接触面、软弱夹层面的分布，它们的产状及与工程方面的关系。（5）、节理裂隙的量测、统计和描述（节理组数量、各组的发育程度、它们的产状及裂隙的张开度及充填情况等）以及它们与工程方面的关系，。（6）、气象资料、水文及水文地质条件（如降雨量，地表水及地下水的分布范围、状态和流量等）。（7）、特殊地质条件(如系山坡堆

30、积体,着重勘测有无坍塌、滑坡；山坡陡崖有无崩塌；可溶岩层地区有无岩溶；如在黄土、冻土、软土地区爆破，则作该种地层的专门勘测和描述)。1.1.5.2 勘测方法、步骤与勘察技术报告 （1）、野外作业 其内容及步聚是：、地形地物测量 测量绘制爆破作用区 1/2001/500 地形地物图、爆破影响区 1/10001/2000 地形地物图，或利用已有的相应比例尺的地形地物图。、地质踏勘普查 对岩石露头，岩层分界点、地形变换点（如陡坡、山嘴、岸坡、山谷、冲沟、陡崖及拐角、基岩裸露点，坡积层等16/30 处）进行地质描述（名称、形态、结构构造，物理力学性质等）和量测（构造体的尺寸、产状及裂隙模量等）或照像；

31、对不良物理地质现象进行专门的描述、量测和照像；对不良物理地质现象进行专门的描述、量测和照像；查明地下水的出露点、出露形式、流量，地表水的分布状态、流向、流量等。、挖探 在有覆盖层的地点，为了查明覆盖层的厚度及覆盖层下的岩层性质和构造情况，常用挖试坑的方法勘探。、钻探 对规模较大的爆破工程，或单凭地面普查、挖探收集的资料不够时，必须进行钻孔勘探：了解下部岩层的性质及变化情况，为绘制地质剖面提供资料。钻探深度应不小于爆破开挖深度，钻探时应采用地质钻取岩芯，并随时对岩芯岩性及构造进行研究和量测描述。、电探、物探 对特大工程，为查明重要构造线和岩溶、软弱岩层的分布，可采用电探、物探等方法勘查。（2）、

32、室内试验 主要是进行岩石性质的室内鉴定，对野外采取的岩样或钻探所取的岩芯进行矿物成分分析，显微镜下鉴定及对其抗压、抗拉和抗剪等力学性质的试验等。（3）、整理资料、编制工程地质勘察技术报告 对野外普查、勘探和室内试验所收集的全部资料进行综合整理，找出其规律，编制成下述成果：、爆区工程地质平面图 在简要地形图上标明岩层分界线、岩层产状、断层线及其产状、节理裂隙的产状；不良物理地质现象；地表水系、地下水出露头等。、爆区工程地质剖面图 绘制若干个地质纵断面图和若干个地质横断面图。一般要求在爆破开挖区内，垂直地形等高线每隔 10m 作一剖面，在断面图上绘出岩层符号、产状、断层和节理裂隙的分布和产17/3

33、0 状等。、爆区工程地质条件说明书 即编写地质勘测与试验报告。用文字和试验数据分别说明爆区所处地理位置、地形地貌条件、山系水系、岩石名称及物理力学性质、地质构造、水文地质条件、物理地质条件、所处地理位置的地震区等。并根据这些地形地质条件指出它们与爆破关系的初步意见，以及结合工程要求，指出爆破设计时应注意的问题等。药室开挖或爆破钻孔过程对工程地质的复查 （1）、地形地质资料的复核 、地形复测 实践证明，地形复测很重要，有些药室开挖后常偏离设计位置。因此，在爆破施工过程中要随时做好测量工作；药室开挖好后，要按照实际药室位置，对最小抵抗线和若干个不逸出半径方向作实测剖面，进行复核。、地质资料的复核

34、进一步查明导峒和药室周围各种地质构造面的性质和产状；复核各导峒和药室附近岩质及其变化，必要时补充取样作物理力学性质试验；查明有无地下水及其分布、动态和流量；查明岩层中有无岩蚀、潜蚀及造成的洞穴和洞穴中的充填情况等等，要求对主要的导峒绘制峒壁地质展视图。（2）、按照相应地质条件的变化修收爆破设计 、修改爆破参数 如果地形复核后发现最小抵抗线与设计不符，则应根据实际的最小抵抗线调整药量；如果发现不逸出半径比计算的小，可能影响爆破抛掷方向时，则应重新调整或采取其它有效的技术措施加以处理。要根据岩性的变化修改单位炸药消耗量 k 值，根据岩性及构造条件修改爆破作用指数 n 值。、调整或变动装药位置 如果

35、设计的装药位置落在断层、溶洞或软弱夹层上，则必 18/30 须将装药位置移动；移动装药位置后就要相应调整爆破参数；有时需将装药合并加大，有时则需将大装药分成若干个小装药进行设置。1.2 土（岩）物理性质及其在爆炸作用下的变化 1.2.1 土（岩）的工程分类 土（岩）基本上可分为以下四大类：（1）、岩石类：包括火成岩、变质岩和沉积岩。其颗粒之间坚固地胶结在一起，在地下形成整体的块状或存在裂隙的块石层。（2）、大块碎石类：按其组成可分为碎石和角砾。块粒间的联结依赖于土的湿度。（3）、砂类土：根据不同颗粒的含量可细分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂等。它们均具有散粒介质的性质。（4）、粘土类土：颗粒尺

36、寸及空隙均小于砂土，且存在大量小于510-6m 的小颗粒使其粘结性增强。这类土还可细分为亚砂土（粘质砂土）、亚砂土（砂质粘土）和粘土等三类。它们是组成地球地壳的具体物质，也是爆破工程的主要对象之一。1.2.2 土（岩）的物理性质 1.2.2.1 土（岩）成分 土（岩）是由固体颗粒、液体（水）和气体三种形态的物质混合而成的，即土（岩）是 一种三相物质。对于土，一般情况下是三相，此类土称为非饱和土；若空隙中完全由水充满，则为两相介质，并称为饱和土。但在一般饱19/30 和土中也存在少量气体，在爆炸作用下，它们对土的各参数有较大影响。土（岩）的物理特性 土（岩）有三个基本物理特性，即平均密度、固体颗

37、粒的密度和含水量，亦称为三个基本指标，可由试验方法测定。其它物理特性（指标），如干密度、孔隙率、空隙比和饱和度等，可用基本指标推算得出。0 表示：（1）、平均密度：即按三相介质考虑的密度，用 3=m/v (1-2-1)32+21+10=3单位体积中包含的固相、液相、气相物质体积；2、1、式中，3固相、液相、气相物质的密度；2、1、m三相物质的总质量；V对应上述总质量的总体积。土（岩）密度一般在（1.13.0）103kg/m3 之间，常见几种土岩的密度见表(1-2-1)。随着密度的增加，土（岩）的强度和抵抗爆破作用的能力通常会增加，破碎和移动土（岩）所消耗的能量也增加。1 之比。即（2）、固体颗

38、粒的密度：固体颗粒的质量 m1 与其体积 1 1=m1/(1-2-2)（3）、含水量：孔隙中水的质量与固体颗粒的质量之比。用 W 表示：1100%（1-2-3）122W 17,为粘土。17，为亚粘土；当nn7，为亚砂土；当 7Wn对于土，当含水量不同时，可处于固体状态、塑性状态和液体状态。土从固体状态转变为塑性状态的分界含水量称为塑限（WP）；从塑性状态转变为液体状态时的分界含水量，称为液限（WT）；液限与塑限的差值称为塑性指数（Wn=WT-WP）。根据塑性指数可以划分粘土种类：当 20/30 1 （1-2-4）GG表示：（4）、干密度：天然结构的土（岩），其单位体积内固体颗粒的质量（不包括水

39、），亦称骨架密度，用 表 1-2-1 几种岩土的孔隙率、密度和容重 岩 石 名 称 孔隙率(%)密度(103kg/m3)花岗岩 玄武岩 辉绿岩 石灰岩 白云岩 砂 岩 页 岩 板 岩 片麻岩 大理岩 石英岩 粘 土 砂 子 0.51.5 0.10.2 0.61.2 5.020 1.05.0 5.025 1030 0.51.2 21/30 0.52.0 0.10.8 45 3050 2.62.7 2.83.0 2.853.0 2.712.85 2.52.6 2.582.69 2.22.4 2.32.7 2.93.0 2.62.7 2.652.9 1.62.1 1.51.7 （5）、孔隙率：单位体

40、积中的孔隙体积，用 p 表示：3）100%（1-2-5）23 或 p%（2p 土（岩）的孔隙率在 0.1%50%之间变化，常见硬岩的空隙率一般在1%20%之间（几种岩土的孔隙率见表 1-2-1）。土岩受压时，其孔隙率减小，例如孔隙率为 50%的粘土受压时孔隙率可减小到。随着孔隙率的增加，土岩中冲击波和应力波的传播速度亦随之降低。土岩的可压缩性也就是其体积变小的可能性，土岩体积的压缩主要是靠土岩中孔隙的缩小。可压缩性的绝对值与土岩的孔隙率大小有关，亦与压力荷载的大小及荷载作用时间有关。此外，含水量对土岩的压缩可22/30 起到润滑作用，当土岩中含水量达到某一值时，土岩的爆破压缩效果最好，此时的含

41、水量称为最佳含水量。饱和度：表示土（岩）中孔隙被水充填的程度，亦即水的体积与孔隙体积之比，用 Sr 表示：3)100%(1-2-6)22/(Sr=当 Sr=100%时，为饱和土；当 Sr=0 时，为干燥土。（7）、孔隙比：土（岩）孔隙体积与固体颗粒体积之比，用表示：3=p/（1-p）（1-2-7）3）/2p=（表示（8）、土（岩）体积应变：用 （1-2-8）/0-=（=0）和已变形状态时的密度。分别为土（岩）初始状态（0、式中，表示：（9）、土（岩）的破胀性（松散系数）：土（岩）被破碎后，其体积比原体积增大，该性质叫破胀性（松散系数）。破胀程度的大小可用碎胀系数 =V/V0 （1-2-9）=1

42、.52.5。=1.31.5；坚硬岩石，=1.21.25；中硬岩石，=1.051.2；砂质粘土，值为：砂、砾石，值愈大。常见的几种土（岩）式中，V0、V分别为破碎前、后的土（岩）体积。一般地，土（岩）愈坚硬，1.2.3 土的物理力学性质在爆炸作用下的变化 1.2.3.1 爆炸对土物理性质的影响 土在承受爆炸作用时，使它压密，其物理性质也相应的产生了变化。下面，对土的压密现象作一分析。23/30（1）、土的压密：土在承受爆炸荷载后，产生压密现象。对于可以恢复的弹性变形，其产生的原因是：a.封闭气泡的压缩；b.水的挤出和水膜变形；c.骨架的弹性变形。塑形变形产生的原因是：a.土颗粒的相互位移；b.结

43、构破坏；c.空气的挤出和压缩。在爆破近区主要是不可恢复的塑性变形，较远的震动区主要是可以恢复的弹性变形。、土压密的过程 爆炸后的巨大压力使与装药相邻的土层很快膨胀，并使外层土受压；每一层土推动更外面一层，外层由于体积增大而密度下降，但同时内层砂粒则迅速压入外层，而使其密度增加，其结果由于孔隙的填实，而使土的密度较天然密度增大1040%。在空腔附近土被压实的最密，其颗粒也遭到了一些破坏，成为更小的颗粒，离爆心越远其压密则越小，并逐渐过渡到天然密度。对于粘性土，它们本身有一定的结构，在爆炸后要产生结构构造的变化。在靠近空腔部分，不仅这些骨架遭到了破坏，而且颗粒也被破坏，需要重新进行排列，它们力求展

44、开成更大的表面，并向压缩荷载作用方向发展，并且增加了它们的散布度。、影响压密的因素 对压密有影响的物理指标主要是孔隙率（p）和含水量（W）。3 的大小。一般来说，空气含量越大，可压缩量也越大。对一般含水量的土来说，密度小的其孔隙较多，疏松而孔隙多的土，其压实效果较好。可以初步近似认为：土压缩的理论界限是所含气体趋于无穷小。对孔隙率来说，主要有影响的是空气含量 空隙中其它相应组成（固体颗粒和水）在一般压力下，其压缩量是较小的。故压密时可近似认为是空气孔隙部分的压缩。在压力很大时，则需要考虑固体颗粒及水的压缩。24/30 含水量的影响：一般土被压实时，同样条件处于最佳含水量的土，可以得到最大的密实

45、度。最佳含水量代表的含水量，对压密来讲最适当。一方面有合适数量的水足以润滑，以降低土颗粒相互移动时的摩擦阻力；同时又留出足够的空隙空间，以使固体颗粒充填。因此，在最佳含水量的土中进行压缩爆破，可以得到较大的空腔。、压密对土中水渗透性能的影响 在爆炸压密作用下，土的渗透能力下降，其下降程度与距爆心的距离成反比，爆炸压密使渗透能力降低，类似于对土的机械夯实。对于不同类型的土，爆炸压密对渗透性能影响的效果不同。对粘土及砂质粘土，渗透能力下降较为剧烈，而对砂土的影响就比较小，这是由于砂的单粒状结构在爆炸压密后，连通的管路并未完全消失，故仍具有一定的渗透能力。对于粘土，其微粒成鳞片状，在压缩后内架破坏，

46、鳞片状微粒相互贴紧，几乎没有留下什么空隙，因此其渗透能力就大大的降低了。这是砂粒土和粘土类土渗透能力下降差异的原因。（2）、爆炸压密后对土的各项物理指标的影响 爆炸压密后受影响的各项物理指标是：、密度：爆炸后爆心附近变得密实了，随距离的增加，逐渐减小到天然密实度。密度的大小是密实程度的主要指标。因此靠爆心附近的密度大，随距离的加大渐变为天然状态的密度。此时，其固体颗粒的密度（P1）基本保持不变。但其干密度（骨架密度），由于压密的影响，在空腔附近又增加约 3040%。、含水量（W）：土中含水量是土孔隙中含水量质量与固体颗粒质量之比。爆炸后孔隙被压紧，空气孔隙中压入颗粒及水。而固体颗粒较水质量增加

47、为多。故含水量在靠近爆心附近其值降低，随着距离的增大恢复为天然含水量。25/30 3）在爆心附近的介质中也是减小的。P）的规律也是如此。显然气体部分的体积（、孔隙率（p）：它是单位体积中孔隙所占的体积。压密使孔隙减小，因此孔隙率这一指标，在空腔周围也减小。随距离的加大恢复到天然状态，即逐渐增加。同样，孔隙比（1.2.3.2 爆炸作用下土的压缩 爆炸作用下土的主要力学特征是动压缩，一般由一维应变状态（无侧向变形）下的动载试验得到所研究土的试验曲线。（1）、动载压缩曲线的一般图型 动载压缩曲线（图 1-2-1）一般以纵轴 2/d）。此曲线基本上分为两段：开始一段向上凸，即 d2）/0-=（土体积应

48、变为或压力 p，水平轴代表应变代表0。从压缩性的变化，可以分为三个区：OA 段相当于弹性区（约在 0.050.1MPa 以下）；AB 段为弹塑性区（数 MPa 范围内）；B 以上是强化区（1001000Mpa 数量级），这个区是靠近爆心附近的土的压缩区。、弹性阶段：在弹性阶段中，变形是可以恢复的，因此，其加载与卸载是遵循同一线段。非饱和土中的弹性阶段，可以认为主要是水膜变形、封闭气体的压缩以及骨架的弹性变形，在外力除去以后，这些变形均可恢复，此时土骨架并未破坏，卸载以后所有颗粒恢复到原来的位置。）。由于不可恢复变形的影响，这一段曲线中加载与卸载不是按同一路径变化，卸载时按卸载线下降，它只包括少

49、量的弹性变形，大部分是不可恢复的塑性变形。）。可以获得很大的变形量（、弹塑性阶段（AB 段）：压力进一步增加，此时，主要承受力的土骨架开始变形破坏，土颗粒开始相对移动，发生了颗粒位置的变动和一些尖的凸出部的破坏。这个过程引起土骨架不可恢复的变化，产生了塑性变26/30 形。由于骨架的破坏，气体所占的孔隙为土颗粒所占据，孔隙被填实，故此时变形量较大。从压缩曲线中可以看出，在弹塑性阶段内：对应很小的应力变化（）。此时在巨大的压力作用下，曲线逐渐垂直。在卸载时也驱近于垂直，只是在接近水平轴时略有倾斜。有很小的可恢复变形。此时，总的压缩变形量可第一次近似于介质的孔隙值。、强化阶段：在压力增加到超过 B

50、 点时，进入强化阶段。此时孔隙几乎消失，因为土颗粒和水压缩量较小，不象塑性阶段压缩空气孔隙时所产生那样的压缩量，所以很大的压力差，也只是对应着很小的变形量（对于巨大压力的爆炸近区，主要考虑强化阶段，因为对于压力微小的弹性段来说，实际上是可以忽略的。此时动载曲线的型式可类似于气体压缩的形式（图 1-2-2），所不同的是：气体在卸载以后恢复原状，而固体介质则保留不可恢复的残余变形。（2）、静载与动荷载作用下压缩曲线的区别：），其水平线与边界曲线相交的应变值相应于最小与最大值。某干砂的静与动压缩值可相差至 1025%（图 1-2-3b），一般粘土可达 3050%以上。，相当于曲线 n，此曲线也可称为