爆破工程地质.pptx

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1、二、岩石的结构、构造岩石的结构是指组成岩石的矿物晶粒的大小、形状、表面特征和矿物晶粒之间的连结方式。组成岩石的矿物颗粒越细、越致密或者粗中有细，粗细结合，矿物颗粒之间胶结牢固，岩石就越坚固，就越难爆破。岩石的构造是指大范围内岩石的组织特征。它表示矿物晶粒之间总的相互关系、空间排列状况。构造的主要形式有层理、裂隙和节理等弱面，它们赋予岩石各向异性的特点，在爆破作用下，岩石首先容易沿着这些弱面破裂。第1页/共55页三、岩石的主要物理性质1、岩石的孔隙度孔隙度是指岩石中的各种孔隙的总体积V0与岩石的总体积（包括孔隙）V之比，用百分数表示，即 （61）岩石的孔隙度大，颗粒之间的连结力弱，强度低，易于爆

2、破。第2页/共55页2、容重容重是指原岩重量G与包括孔隙在内的原岩体积V之比，即 （kN/m3）（62）容重大的岩石在抛掷爆破时需消耗较多的能量去克服重力的作用。第3页/共55页3、密度密度是指构成岩石的物质集合相（固体的矿物和岩屑以及气体或液体）的质量M与该物质集合相所据有的体积之比，即 （g/m3）（63）高密度岩石的波阻抗值和强度也高，其抵抗爆破作用的能力也大。通常，在高密度岩石中爆破时，应采用爆速值较高的炸药才能获得好的爆破效果。第4页/共55页4、碎胀性碎胀性表示岩石破碎后因碎块间孔隙增多而总体积增大的性能。正因为存在碎胀性，岩石爆破时必须有适当的碎胀空间才能获得好的破碎效果；否则，

3、因爆破的夹制作用大，岩石得不到充分破碎，将严重劣化爆破效果。第5页/共55页5、岩体的风化程度岩石在地质内、外应力的作用下，发生破坏疏松的程度。同一种岩石由于风化程度不同，物理力学性质表现出的差异很大。岩石越接近地表，风化程度越大，孔隙率和变形性增加，强度和弹性性能降低。岩石的风化程度用未风化、轻微风化、中等风化和严重风化来划分。第6页/共55页6、岩石的波阻抗指岩石中纵波速度C与岩石密度的乘积。当岩石的波阻抗与炸药的波阻抗相匹配(或接近一致)时，炸药爆炸传递给岩石的能量就多，岩石破碎效果较好。甚至有研究认为，岩体爆破鼓包运动的速度、抛掷堆积效果与炸药和岩石波阻抗的匹配情况有关。因此，高密度的

4、岩石应采用密度和爆速值较高的炸药才能获得好的爆破效果。第7页/共55页四、岩石的主要力学特性1.岩石的变形特性岩石在外力作用下将发生变形，这种变形因外力的大小、岩石物理力学性质的不同会呈现弹性、塑性、脆性性质。岩石因其成分、结晶、结构等的特殊性，它不像一般固体材料那样有明显的屈服点，而是在所谓的弹性范围内呈现弹性和塑性，甚至在弹性变形一开始就呈现出塑性变形。脆性是坚硬岩石固有特征。第8页/共55页2.岩石的强度特性岩石的强度是指岩石破坏时单位面积上所承受的力，是表示岩石爆破难易程压的重要指标。根据受力性质不同，岩石的强度可分为抗压(包括单轴抗压、双轴抗压、三轴抗压)、抗拉、抗剪等强度；根据加载

5、速率不同，可分为静载和动载强度：岩石的受力性质和加载速率不同，强度差别很大。岩石有如下的强度特性：第9页/共55页(1)不同的岩石强度差别很大 如页岩的抗压强度仅有2040MPa，而石英岩可达200360MPa。但即使是同一种岩石的强度也并非常数，其强度受岩石的矿物成分、结构、节理、裂隙、容重、孔隙率、风化程度以及受力状态等很多因素的影响。(2)同一种岩石在不同受力状态下的强度不同 一般情况下，受荷载性质的影响规律为：抗压强度抗剪强度抗拉强度，通常，岩石的抗剪强度为抗压强度的11218，抗拉强度仅为抗压强度的150110；受应力状态的影响规律为：三轴抗压强度双轴抗压强度单轴抗压强度。岩石的强度

6、还与加载速率有关，表现为动载强度大于静载强度。第10页/共55页3.岩石的爆破破坏特性在大多数情况下，岩石表现为脆性破坏；在爆破冲击荷载作用下，邻近药包的岩石处于高温、高压状态，塑性增强，甚至产生熔融破坏；离药包较远的岩石，呈脆性破坏。当爆破应力大于抗压强度时，岩石呈粉状破坏，破碎过度而消耗大量的能量；当爆破应力小于抗压强度而大于抗拉(或抗剪)强度时，岩石被拉(或剪)断，产生爆破裂隙，呈块状破坏，消耗的能量很小。第11页/共55页五、岩石爆破的波动特征介质在冲击荷载作用下，其应力状态以波动方式从爆源向四周传播，这种应力的波动称为应力波。对爆破而言，应力波是由爆炸加载产生的，所以又称为爆炸应力波

7、。岩体在爆炸产生的强冲击荷载作用下激发出具有陡峭波前(波阵面)的冲击波(应力波的一种形式)，其传播速度大于岩体声速。由于冲击波的作用使得炸药包周围的岩体发生粉碎性破坏。随着冲击波的传播，应力峰值急剧衰减，冲击波衰变成不具陡峭波前的压缩应力波，其传播速度等于介质声速。第12页/共55页此时，应力波的压应力峰值低于岩石的动抗压强度，这个区域内传播的应力波又称为弹性波。弹性波进一步向前传播，又衰变为只能引起岩石质点产生弹性振动而不能使岩石破坏的地震波，但是地震波能引起建筑物的破坏。无论是冲击波、压缩应力波，还是地震波，它们都是应力波的不同表现形式，其最大区别在于各自的应力峰值不同，以及传播过程中的传

8、播速度与衰减速度不等。第13页/共55页六、岩石的工程分级（The project of rock grades）工程实践中最普遍的是用岩石的坚硬系数值作为岩石工程分级的依据，它是由前苏联M.M.普洛托季亚可诺夫提出来的，所以叫做岩石的普氏分级法。普氏提出了许多确定f值的方法，目前只保留用下式确定f值的方法：（64）式中 P岩石的极限抗压强度，kg/cm2。由于岩石的不均匀性和风化程度的不同，以及受构造影响程度的不同，常使同一地点处在不同部位的岩石，其f值相差很大，所以确定f值时，必须在不同部位取多组岩样做试验，然后取它们的平均值或代表性的数值。第14页/共55页第二节 地质条件对爆破作用的影

9、响一、地质构造地质构造：是指地质历史时期的各种内外动力作用在地壳上所留下的构造形迹。岩体结构面的产状：表示岩体结构面在空间的位置状态，通常用走向、倾向、倾角三个要素来表示，称为产状三要素。走向倾斜岩层层面与水平面交线的方向。倾向岩层层面上与走向线垂直的向下倾斜线的方向。倾角岩层倾斜的角度。第15页/共55页产状要素的表示方法：（1）方位角表示法。以正北（N）为0，顺时针旋转到正东（E）为90，正南（S）为180，正西（W）270，再转到正北为360。（2）象限角表示法。把全方位分成北东（NE）南东（SE）、北西（NW）和南西（SW）四个象限。第16页/共55页二、地形条件对爆破作用的影响（一）

10、地形与爆破的关系1.地形对爆破石方抛掷方向的影响 地形决定了药包最小抵抗线的方向。在平地爆破，土岩抛出方向是向上的；斜坡地面爆破，土岩主要沿斜坡面法线方向抛出，根据弹道抛物线原理，以45抛掷距离最远，在山包、山头、山嘴、山脊等地形进行爆破，药包抵抗线是多方向的，例如孤山包爆破是四面“开花”；山嘴地形则可向三个临空面飞散；山脊地形则向两侧抛出。这些都是多临空面地形的抛掷情况。在洼坑、山沟、垭口等地形爆破，夹制作用大，抛出方量和方向严格受地形限制，但它抛掷方量集中。第17页/共55页第18页/共55页2.地形与爆破方量的关系地形对爆破方量的影响很大，也就是说多面临空的鼓包地形有利于爆破，山沟洼地不

11、利于爆破，这是由于地层夹制作用的结果。3.地形与爆破其它参数的关系 地形的变化对某些爆破参数的选择有一定影响，如爆破作用指数n值、爆破漏斗可见深度、药包间距都与地形有关，还影响到抛掷堆积体的形状，抛掷距离和堆积高度等等。第19页/共55页第20页/共55页（二）各种爆破类型对地形条件的要求爆破方法和爆破效果在很大程度上取决于爆破地点的地形条件。根据客观的地形条件，因地制宜地选择相应的爆破方法是十分重要的。露天大爆破根据工程要求不同，采用不同类型的爆破方法，一般有松动爆破、加强松动爆破、抛掷爆破（或扬弃爆破）和定向抛掷爆破。第21页/共55页（1）松动爆破与加强松动爆破一般不受地形条件的限制，但

12、要结合不同的地形采用不同的布药方式以求得较好的爆破效果，此外地形影响到这种爆破方法的技术经济指标，如多临空面和陡坡地形要比凹地、沟谷、垭口地形取得较经济的爆破效果；（2）抛掷爆破是要求将矿岩抛出爆破漏斗以外或露天矿境界以外，降低爆堆高度或减少装运工程量，其抛掷百分率与地形条件有关，地形坡度愈陡则抛掷率愈高，可以达到70%80%，采用强抛掷可达100%；定向抛掷爆破对地形条件要求较高。第22页/共55页（三）改造地形在爆区天然地形不利于达到需要的爆破目的时，改造地形是爆破设计中的重要措施之一。图63在斜坡地面进行定向爆破改造地形的例子如图64在改造地形时，必须注意辅助药包开创的临空面应能准确引导

13、后面主药包的抛掷方向，否则会影响爆破效果。第23页/共55页第24页/共55页三、岩体性质对爆破作用的影响自然界的岩体大多数是非均质体，岩体的均质与非均质对爆破的影响作用有很大的区别，均质岩体主要以岩石本身的性质(物理力学性质)去影响爆破作用，而非均质岩体则是岩体的弱性部位对爆破的影响起着决定性作用。实际上均质岩体与非均质岩体并无明确界限。第25页/共55页（一）均质岩体与爆破作用的关系均质岩石主要以其物理力学性质对爆破作用产生影响。1.某些爆破参数与岩性有关 爆破设计时某些爆破参数如炸药单耗、爆破压缩圈系数、边坡保护层厚度、药包间距系数、岩石抛掷距离系数以及爆破安全距离计算中的一些系数都需要

14、根据岩石的物理力学性质如岩石的容重及强度或f值等加以确定。这些可参考爆破设计有关内容。2.炸药与岩石匹配问题 为了提高炸药能量利用率必须根据岩石的特性阻抗（波阻抗）来选择炸药的品种，使炸药的特性阻抗（即炸药的密度与爆速的乘积）与岩石的特性阻抗相匹配。第26页/共55页3.岩性对爆破破岩及传波特性的影响 岩石的孔隙愈多、密度愈小，则爆破应力波的传播速度愈低，同时岩石愈疏松则弹性波引起质点振动耗能越大，还由于孔隙对波的散射使用会使波的能量衰减很快，从而减少应力波对岩石的破碎作用而影响爆破效果。第27页/共55页（二）非均质岩体对爆破作用的影响1.爆破作用容易从松软岩体较部位突破而影响爆破效果。2.

15、当药包通过不同岩层，或有较厚的松碴压在上面，在确定炸药单耗q值及药包间距系数时，要考虑其影响，要防止过量装药和产生根底。3.在确定上破裂半径值时，对于有较厚堆积层的斜坡，不能单纯从坡度考虑，而应视覆盖层情况确定。4.因为岩性差异大，非均质岩体爆后形成的边坡也不稳定，爆后边坡面易于形成各种裂隙，或使原有节理、层理扩展，造成坡面凹凸不平，形成落石等病害。第28页/共55页第29页/共55页四、岩体中各种地质结构面对爆破作用的影响（一）地质结构面对爆破的影响作用分析结构面对爆破的影响，可归纳为下列五种作用：1.应力集中作用。2.应力波的反射增强作用。3.能量吸收作用。4.泄能作用。5.楔入作用。第3

16、0页/共55页第31页/共55页第32页/共55页第33页/共55页5.结构面对破碎块度的影响爆破碎块的表面大多数（8090%），是沿岩体内部结构面形成的原生裂隙面（呈风化状态）；爆破作用形成的新鲜破裂面（次生破裂面）的数量仅占1020%。结构面的发育程度对破碎块度分布有决定性影响，原生裂隙面的比例越大，块度越大。要进行破碎块度预报，必须进行详细的工程地质勘察和节理裂隙统计。第34页/共55页五、特殊地质条件下的爆破问题（一）岩溶对爆破作用的影响1）改变抵抗线的方向，使土石方量朝着溶洞的薄弱方向冲出而改变了设计抛掷方向和抛掷方量，如图611所示，2）引起冲炮，造成爆破安全事故，如图612所示。

17、3）降低爆破威力，影响爆破效果。4）影响爆破岩石的块度，造成爆破不均，有的地方炸得很碎，有的出现大块或没有松动。5）影响爆破施工，造成施工安全事故，如岩溶水的危害、开挖坑洞的崩塌、陷落现象。6）影响爆破后边坡的稳定，据调查，处于岩溶的工点有三分之二都有不同程度的危害。第35页/共55页第36页/共55页六、地表水及地下水对爆破作用的影响水的作用是害多益少，首先是给施工带来困难。如地下洞室开挖的防水和药包防水问题，此外由于增强应力波的传播作用而会带来扩大爆破破坏作用的范围。第37页/共55页第三节 爆破作用引起的工程地质问题特别是大爆破后可能引起的工程地质问题，主要是边坡稳定问题。必须详细了解爆

18、区工程地质条件，认真研究药包布置及爆破各项参数的选取，大爆破引起的边坡病害，在硬质岩体中主要产生危石和落石，在松软岩体、软硬不均岩体中则可能引起崩塌或滑坡。在爆破作用区范围内，处在斜坡或陡坡上的悬石、堆积体或古滑坡体，在爆破当时即使没有明显的活动，但以后在自然应力作用下仍可能发生崩塌或滑落。第38页/共55页一、爆破对保留岩体的破坏根据爆破作用基本原理，在有临空面条件下的爆破，从药包中心向外可分为：压缩区、爆破漏斗区、破裂区和振动区。一般压缩区和爆破漏斗区是需挖运的爆破范围，破裂区和振动区则是爆破可能引起工程地质问题的区域。通常爆区后缘地表破坏范围比深层破坏范围大第39页/共55页（一）后缘地

19、表破坏后缘地表破坏是由后冲和反射拉伸波作用形成，裂缝常沿平行临空面方向延展，且距爆破区越近就越宽、越密；地表裂缝宽度和延展长度与爆破规模、爆破夹制作用、爆破方法和地形地质条件有关。爆破规模大、夹制作用强，则地表裂缝破坏程度大。根据经验总结，地表破坏区作用半径可用下式计算：(65)式中：Q-装药量，kg；RP-药包中心至地表裂缝区最边缘的距离，m；KP破坏系数，取值范围一般为KP=1.72.6，最大也未超过3.0。采用预裂爆破、光面爆破、微差爆破、增加爆破自由面、减小爆破规模等措施，对后缘地表破坏有一定的抑制作用。第40页/共55页（二）爆破对深层基岩的破坏根据工程性质不同，爆破对深层基岩破坏情

20、况的要求有所不同。一般开山采石不需要考虑基岩破坏；路堑开挖爆破仅考虑药包周围压缩圈产生的破坏范围（一般情况下需给路基和边坡预留保护层，保护层厚度为压缩圈半径）；而在水工坝基开挖中，即使在爆破作用下产生微小的裂缝也被视为对基岩的破坏，因此，一般上层采用深孔爆破，下层采用浅孔爆破，最底层采用人工凿除的办法，以阻止上层爆破裂缝向下层扩展。第41页/共55页二、爆破对边坡稳定性影响爆破产生的边坡失稳分为两类：一类为爆破振动引起的自然高边坡失稳；另一类为爆破开挖使工程边坡遭受破坏，日后风化作用引发不断的塌方失稳。一般情况下，硐室爆破对边坡稳定性影响最大，深孔爆破次之，浅孔爆破最小。所以在硐室爆破设计中应

21、对边坡稳定性影响有足够重视。第42页/共55页（一）爆破对自然边坡稳定性的影响1.爆破时强烈的振动作用引起大方量的滑塌或古滑坡复活。2.在爆破振动作用下，致使裂隙部分或全部贯通，日后在雨水的影响下经常滑移变形，最后完全失稳。3.岩体内垂直柱状节理十分发育，加之边坡高陡。在强烈的爆破振动作用下，坡缘处地震波反射、叠加使振动加强，岩柱拉裂折断，使整个岩体散裂而导致边坡坍塌。4.坡缘处原有摇摇欲坠的危石，在爆破振动作用下，稳定性降低，或迟或早会脱离母体翻滚而下，形成崩塌。第43页/共55页(二)爆破对保留边坡隐定性的影响一般的爆破都会对保留边坡的内部岩体产生破坏，受破坏的程度主要与如下因素有关。1.

22、爆破药量 一次起爆药量越大，坡内的应力波越强，边坡破坏越严重。2.最小抵抗线 最小抵抗线越大，向坡后的反冲力越强，边坡破坏越重。3.工程地质条件 地质条件不良，如岩性较软，岩体破碎，施工时清方刷坡不够彻底，边坡塌方失稳的可能性越强。此外，爆破开挖形成的新边坡改变了坡内原有应力场，以及暴露的新鲜岩石，在风化作用下强度逐渐降低，使得新边坡不断变形，稳定性逐渐变差。第44页/共55页（三）边坡开挖的爆破安全注意事项1.选择合理的爆破方案选择爆破方案时应考虑边坡稳定问题。硐室爆破对边坡破坏作用强，所以预留保护层较厚；钻孔爆破可预留光面层，使边坡得到最大限度的保护。2.进行合理的爆破设计应根据岩性和地质

23、构造进行爆破设计，特别是硐室爆破的设计应根据地质构造的特点来布置药包，确定各项参数。3.提高爆破施工质量避免因爆破施工不当(如产生盲炮、堵塞不严等原因使爆破不彻底)，清方刷坡不彻底，护坡防护不到位等引起边坡变形失稳。第45页/共55页三、地下爆破工程引起的工程地质问题1.爆破引起的塌方、冒顶。塌方、冒顶、片帮是地下开挖中经常遇到的现象，其内因是由于不利的节理裂隙组合、断层、软弱带影响，而激发因素往往是由于爆破不当。2.地下采掘工程造成地面塌陷，形成地表塌陷区。塌陷区的范围是可以预先划定的，在该区范围内不得设置任何地下工程(竖井、平巷)，地表不得设置道路和建筑物，也不能设置工业设施。第46页/共

24、55页3.地应力变化引起的地质问题。在深层开挖隧道工程时，往往会因地压作用使隧道变形，甚至将隧道摧垮。地应力增大到一定程度时发生应力释放，引起构造带活动从而形成地震。以上问题都有待深入探讨，其机制问题目前也存在较大的争议。爆破是一种突发应力状态，对这些现象如何发生影响，影响到什么程度，对其认识也有待进一步提高。4.爆破引起的地下水及瓦斯突出事故。发生过许多爆破引起地下水、瓦斯突出事故，使矿区毁灭。预防这类事故的可靠措施是在该地段打超前孔，随时进行瓦斯浓度监测。第47页/共55页第四节 爆破工程地质勘察一、爆破对工程地质勘察基本要求1.论证采用爆破施工的必要性、合理性和可靠性。2.查明爆区以及爆

25、破影响区的地形地物及各种地质构造，论证爆破对地物及地质构造的破坏和影响，以便确定合理的爆破方案（硐室、深孔、浅孔）及规模；调查岩石性质，为爆破设计确定合理的炸药单耗和各项参数提供依据。3.根据整体工程对爆破的要求，分析爆破前后的地质条件变化，预计可能出现的边坡失稳、地基沉陷、滑坡、绕坝渗流等工程地质问题（或灾害），以及预防措施和善后处理办法。第48页/共55页二、爆破工程地质勘察的内容和方法（一）一般岩土爆破工程一般岩土爆破工程的地质勘察内容包括：1.地形条件 地表的形状、坡度、高度，山体厚度，临空面条件等。2.地层岩性 岩石名称、类别、物理力学性能、岩层(特别是软弱夹层)产状、覆盖层(坡积层

26、)和风化层厚度。3.地质构造 断层、层理、破碎带等的分布和产状，以及溶洞和裂隙发育程度。4.水文地质 地下水位线、裂隙水、岩溶水、暗河、泉水、地下积水等的分布情况等。5.灾害问题 掘进爆破时应查明有无危险性物质，如放射性物质，瓦斯和可燃、可爆性粉尘、高温矿物的可燃性及温度等。勘察方法和一般的工程地质基本相同，可采用钻探、坑探、槽探、踏勘、实验室试验等。第49页/共55页（二）大爆破工程大爆破工程一般可分段进行，不同阶段的勘测深度和内容不同：1.可行性研究阶段该阶段的任务是论证爆破工程的可行性，并提出可供选择的爆破方案，进行方案比较，论证所选方案的合理性、可靠性。这需要在爆区范围内测绘1：100

27、0地形地质图。测绘要求与般测绘相同。第50页/共55页2.技术设计阶段该阶段着重分析各种布药方案，并优选最佳方案。为此需要测绘l：200或l：500地形地质图；详细划分岩层，明确岩层分布位置，正确标明不同位置岩层的产状和变化，分析各岩层的岩石性质。3.施工阶段在施工过程中应做好补充勘探工作：根据地表覆盖揭露情况校对原有地质图；测绘药室、导硐的地质展示图；结合施工工作做一些辅助勘探工作，如水文地质观测，地表裂隙观测等。通过施工过程中的补充勘探工作，可以进一步论证爆破设计的合理性，并有利于施工部门正确地了解在施工过程中有利和不利的地质因素，保证施工进度及施工安全。第51页/共55页(三)爆破后的工

28、程地质工作调查爆破引起的工程地质问题，如基础受破坏程度、爆破引起的渗漏及边坡稳定性问题，滑坡体、危岩、危坡的稳定问题，并提出合理的处理意见。其次是对爆破效果的评价，例如松散系数是否与设计相符，大块率、粉矿率、飞石、爆堆引起的滑动、推移等，还应调查地质条件对爆破效果的影响情况，以便总结经验教训，积累资料，不断进步。第52页/共55页复习思考题1.岩石的力学性质包括哪些方面?2.岩石的工程分级有什么意义?与爆破有什么关系?3.什么叫夹制作用?为什么要改造地形?你能举出一两个改造地形的例子吗?4.断层对爆破作用会产生什么影响?试列举断层的不同产状及与药包位置的关系不同引起的不同爆破结果。5.抵抗线方向与层理平行、垂直、斜交时，各会出现什么样的情况?6.什么样的岩层产状对爆破开挖边坡的稳定不利?第53页/共55页第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页