高等岩石力学13章

第13章 岩石开挖及稳定措施

13.1 开挖过程 开挖是从岩体中移走材料从而形成空间。 两个目的： 1. 形成开挖空间； 2. 获得有价值的材料。 为了移走部分岩体，必须在原生裂隙基础上

产生新的裂隙。三个关键方面：1. 2.

3.

必须达到全应力-应变曲线的峰后区域； 原场块体尺寸分布必须变为所需的尺寸分布； 通过何种方式输入能量到岩体？

达到全应力应变曲线峰值后区域 峰值前后分别代表弹性、稳定和塑性和破坏(破碎) 开挖边界是两种基本不同工程目的和材料性质的界 面； 岩体的抗压、抗拉强度差异与最优爆破方案的选择 原位岩块和开挖碎块的尺寸分布 尺寸分布与转换 与岩体开挖目的紧密关联 能量输入与开挖过程 用specific energy表示来设计开挖能量输入方式 两种基本方式：爆破和机械

13.2 岩石爆破应力波和气体压力作用

1. 压缩应力波在自由面处反射成拉伸应力波

2. 然后是爆生气体压力为后续岩体破碎和崩解提供能量

爆破循环 blasting rounds爆破方案设计的基本原则：形成自由面

爆破循环的优化包括： 1. 严格控制钻孔，保证正确的孔形； 2. 使用高精度延时雷管，保证正确的起爆顺 序。 隧道掌子面的爆破循环 1. 自由面不能垂直于炮孔 2. 按顺序起爆倾斜炮孔，即楔形掏槽—— wedge cut,以同心圆锥形式从掌子面中 心向外围顺序起爆。

炸药 其性能指标包括：强度、密度、爆速、敏 感度、抗水性…… 其类型主要有：胶质炸药、半胶质炸药、 铵油炸药、雷管…… 爆破规范、规程和爆破工程手册

13.3 特殊爆破技术There may also be extra rock damage behind the borehole wall. For permanet rock face at or near the ground surface, an elegant form of blasting has been devised which takes advantage of the principles to minimize the damage to the rock. Pre-splitting: create the final plane first For permanet rock face at depth, smooth-wall blasting Both of them produce a high-quality, highstrength and low-maintenance final surface.

1 预裂爆破(pre-split blasting)

Mechanism of pre-split blastingInitialy, the stress wave effect generates radial fractures with some bias towards the plane of the blastholes, due to reflection from the nearest point of the adjacent blastholes. Second, there are dynamic and quasi-static effects of the gas pressure reinforcing this tendency. The gas travels along the fractures and causes further cracking in a manner similar to hydraulic fracturing; and The pressurized blastholes and radial fractures induce high ‘elastic’ stress concentrations which contribute to failure of the rock along the plane.

成功预裂爆破的准则：1. 炮孔必须平行且局部共面 2. 密集钻孔 3. 炮孔应该少量装药且炸药与

孔壁不耦合 4. 同时起爆

5. 确保良好的现场管理

影响预裂效果的因素：1. 爆破离自由面足够远； 2. 非连续面与预裂面的夹角； 3. 地应力。

2 光面爆破( post -splitting or smoothwall blasting )地应力的存在 初始开挖影响原场应力的大小和方向 开挖顺序： 1.

2.

First , an opening is created ‘roughly’ which is close to the desired size and shape. Second, using similar blasting principles to those required for pre-split blasting, a smooth-wall blast follows.