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在水电站建设、露天矿开采、铁路和公路建设中,不可避免的会遇到爆破开挖后形成含软弱夹层的顺层岩质边坡,而软弱夹层是控制此类边坡岩体稳定性的重要弱面,因此对含顺层软弱夹层的边坡岩体爆破的层裂效应及其强度弱化的研究具有一定的理论和现实意义。
本文以某石灰石矿采场黏土质夹层物为软弱夹层原料嵌入预制水泥砂浆体制作含软弱夹层的顺层边坡岩体台阶爆破模型。在爆破前后分别对模型进行声波探测,分析波速值变化确定不同爆破条件下的层裂范围,并将爆后软弱夹层分为爆腔区、压密区、影响区和无扰动区;利用自制小环刀对爆后软弱夹层的压密区进行了密度测试,发现压密区密度随爆源距离先增大后减小,密度最大处约为原来密度的1.03倍;采用有限元软件LS-DYNA对含软弱夹层边坡岩体的爆破过程进行数值模拟,并与爆破层裂试验结果相比较,模拟分析与试验结果有较好的一致性。
采用剪切试验装置对含软弱夹层的模型进行剪切试验,根据试验数据应用莫尔—库仑破坏准则求出不同爆破条件下软弱夹层的tanφ和c值;运用块体极限平衡法进行不同爆破条件下爆破前后及爆破过程中的边坡稳定性计算,计算结果表明爆前安全系数最大,爆后次之,爆破过程中最小;不同药包位置的试验证明,改变炮孔的装药位置可以降低或克服含软弱夹层的边坡岩体的层裂作用,改善爆破破坏效果。
本文的研究成果对含软弱夹层的顺层边坡岩体台阶爆破的合理设计以及边坡稳定性分析有一定的参考价值。