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1、港口岩石边坡爆破时节理特性研究 摘要:港口建设中，岩石边坡爆破是施工中可能遇到的施工内容。作为施工中一个重要的环节，进行爆破需要获取爆炸冲击荷载产生时的岩石边坡节理的力学特性。Monte-Carlo技术对于模拟和分析岩石节理裂缝有着很好的效果，本文就此分析港口岩石边坡爆破时的节理特性。关键词:港口建设；岩石边坡；爆破；节理特性中图分类号：O643.2+23文献标识码：A文章编号：引言7在对岩石进行炸药爆破时，在靠近炸药的一定范围之中，瞬间爆炸引发的压力可达到数万至数十万个大气压将作用在爆炸孔壁上，从而激起极高的冲击应力波。因爆炸产生的气体进入岩石裂缝，从而推动裂隙扩
2、展，由此可见其节理裂隙在很大的程度上影响到岩体的物理学性质，这也是研究岩石节理特性的意义所在。研究岩体内节理裂隙多采用概率模型，就是通过在有限的区域中测量表征节理裂隙的几何参数,通过数理统计的方法得到各参数的概率模型，然后再通过运用Monte-Carlo技术模拟岩体的节理裂隙分布的网络结构图,利用断裂力学分析了岩体节理裂隙的起始扩展和裂纹的止裂,通过计算在爆破作用下岩体节理裂隙的扩展角和扩展量,进一步得到爆破后的岩体节理裂隙分布,通过这些节理裂隙能够了解岩体在爆破之后的性质。1、爆破计算模式与Monte-Carlo法爆破荷载的计算大多采用国际上常用的爆破荷载模型：在这
3、之中,Pmax表示脉冲峰值;ƒ(t)表示为指数型的时间滞后函数,可用一下公式表示:其中,n、m是指无量纲阻尼参数，与距离有关,它们的值决定爆炸脉冲的起始位置以及脉冲波形;w为介质的纵波波速cp和爆孔直径a的函数,表示为:P0是当t=tR时,使ƒ(tR)成为列量纲的最大值1.0的常数,tR通常称做爆炸脉冲的起始时间,它是n、m和w的函数:炸药爆炸的时候，其产生的最大爆炸压力值受炸药的密度、爆速和装药的结构特征影响，在耦合装药的情况下,有许多可以表达最大爆炸压力Pb的公式，这些表达式所结算出来的结果也都较为接近。文中主要采用的表达式为1971年Sass
4、a给出的表达式：(C.G.S单位制)在不耦合装药的情况下,7Pb值小于耦合装药情况下的Pb值,它们之间的关系为:其中,PbN为不耦合装药情况下的Pb值;PbC为耦合装药情况下的Pb值;Re为装药的半径;Rb为药室的半径;n为系数,对于柱状装药,n=2,对于集中装药和球状装药,n=3;v为绝热指数(又称气体多方指数),突变前取3,突变后取1.4。在工程实践中，采用Monte-Carlo法来进行节理裂隙的模拟是很常见的一种方法。除此之外，用Monte—Carlo法与有限元等数值方法相结合的而发展起来的随机边界元法、随机有限元法等方法正得到进一步发展。7Monte-Carl
5、o法就是一种通过统计过程确定的物理状况在计算机上用随机数进行模拟的方法。在模拟的过程中，随机数的产生是一个基础性的因素，产生均匀分布的随机数U(0,1)尤为重要。虽然岩体内表征节理裂隙的几何参数一般并不服从均匀分布，但是可通过一定的变换方式获得非均匀分布的随机变量。当前，可用于产生随机变量的方法有很多。例如比较常用的方法有组合法、取舍法、反函数法以及卷积法等等。其中，通过使用反函数方法产生的随机变量的方法是：利用随机变量x的分布函数F(x)的反函数F-1(x)来推求随机变量,分布函数F(x)的定义域为[0,1],故在[0,1]区间上总存在一个均匀随机数R,且有F(x)
6、=R,由此建立x与R的一一对应关系,即x=F-1(R),由此,用不同的分布函数F(x),就可以求出不同分布时的随机变量。对于连续分布的随机数,F(xi)=,其中,ƒ(t)为某一个分布函数的密度函数。对于二维问题,表征岩体节理裂隙的几何参数有结构面倾角、迹长、间距、断距。2、港口岩石边坡爆破时节理力学特性模拟文中以某码头建设为例来分析这一问题,该码头大直径嵌岩灌注桩嵌固在中侏罗统沙溪庙组(J2S)的泥岩、砂岩互层的地层结构中。由粘土矿物组成,局部砂质含量较高,泥质结构,巨厚层状构造。强风化层岩石破碎,裂隙发育,岩芯呈土状或碎块状,层厚为0.60m~3.8m;中
7、等风化岩石较完整,岩芯呈完整长短柱状,岩质较硬。场地内中等风化泥岩、砂岩的饱和抗压强度标准值分别为4.2MPa和16.9MPa,泥岩属极软岩,砂岩属较软岩。中等风化泥岩、砂岩体完整程度根据物探声波井测资料完整性指数为:泥岩0.51~0.84,属较完整,砂岩0.56~0.79,属较完整。中等风化泥岩、砂岩的基本质量等级分别为Ⅴ类和Ⅳ类。中等风化泥岩和砂岩被勘察单位建议为嵌岩桩的嵌固岩体。3、数值结果分析7由爆破过程的数值模拟结果,可以发现冲击载荷作用下裂纹起裂、扩展、贯通,块体形成、飞散及爆破漏斗形成的全过程。这与一般爆破过程是一样的,证明文中分析方法
