用户名: 密码: 验证码:
爆破荷载对蠕动边坡的累积效应及稳定性影响研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
随着我国矿山建设的发展,在大型的露天矿山开采中,开采深度进一步加深,露天边坡高度增大,坡度变陡,边坡的稳定和安全直接关系到露天矿山开采的安全。生产爆破是日常生产活动,具有反复性,其爆破动荷载对边坡的作用也是具有反复性,日积月累对边坡岩体损伤产生累积作用。本文通过阅读大量的国内外文献,研究了岩质边坡动力问题研究的进展,并结合课题《小龙潭爆破振动降震研究》、《小龙潭爆破振动对边坡稳定性的影响》和《爆破震动对露天边坡与山体边坡复合体稳定性的影响研究》系统的研究了爆破振动对边坡岩体的动荷载的累积破坏效应。
     论文选用小波包分析理论及希尔伯特-黄(HHT)理论对所采集到的现场爆破振动信号进行分析,同时对这两种算法的实现过程进行了设计。利用MATLAB7.0对小波包理论和希尔伯特-黄变换(HHT)编写相关程序,对原始爆破振动信号进行分解重构,利用小波包理论着重分析了爆破振动信号中不同频带上能量的分布规律以及个频带能量随着传播距离及高程变化时的演化规律,得到IMF分量、瞬时能量、边际谱和能量谱。分析可知小龙潭布沼坝坑爆破震动的能量主要分布在信号的低频段,一般在20Hz以下,当随着爆心距增加高频信号能量将会损失,低频信号能量尤其是10Hz以下的低频信号成为能量的主体部分,这与边坡自振频率接近,容易对边坡的稳定性产生较大影响。
     论文结合国内外蠕动边坡的研究现状、研究趋势、蠕动边坡的类型及其变形、失稳空间预测,以小龙潭露天矿布沼坝蠕动边坡为研究对象,就生产爆破振动及其对布沼坝蠕动边坡的影响进行了系统分析和研究。论文以岩石动力学、断裂力学和损伤力学为理论基础,以SHPB系统为试验手段,研究边坡岩石在冲击准动态作用下的塑性损伤累积效应。论文选用了功能强大的FLAC3D的动力分析方法来研究爆破荷载对小龙潭矿务局布沼坝露天矿边坡稳定性影响,在边坡稳定性的数值计算中,首次在动载荷的计算中输入了三维爆破振动波并分析了其对边坡稳定性的影响,与输入一个方向的振动波相比更能与工程实践相符。
Along with the development of mine construction in China, the mining depth has increased and side slopes have become higher and steeper during the mining in large-sized surface mines. The stability and safety of the slopes are directly related to the mining safety of the surface mines. The production blasting is a kind of daily production activity, with the characteristic of repeatability, and the influence of its blasting dynamic loads on the slope is also repeatable, so it has a cumulative effect on the damage of slope rock mass from month to month. In this thesis the author summarized the progress of research on dynamic problems of rock slope after reading a large number of home and abroad documents. He found that most research focused on calculation methods of slope's dynamic stability and safety evaluation on slope stability, and little research had been done on dynamic load accumulation of slope blasting vibration. Therefore the author conducted a further and deeper study on the dynamic load cumulative destructive effect of blasting vibration on slope rock mass on the basis of projects of A Study on Reducing Vibration from Blasting in Xiaolongtan Open Coal Mine, Effect of Blasting Vibration on Slope Stability in Xiaolongtan Open Coal Mine and Effect of Blasting Vibration on Stability of Combined Body of Open Pit Slopes and Hillside Slopes.
     In this paper the writer described the transmission, energy, bandwidth and danger of blasting seismic waves after thoroughly analyzing the features of blasting seismic waves and dynamic mechanical properties of rock mass. He analyzed the blasting vibration signal collected on the field by utilizing Wavelet Packet Analysis and Hilbert-Huang Transform (HHT) and designed the realization process of these two algorithms. In addition, he also analyzed the general transmission features of blasting seismic waves. The author utilized MATLAB7.0 to edit relative programs for Wavelet Packet Analysis and Hilbert-Huang Transform (HHT), and decomposed and recomposed the original blasting vibration signals. The author obtained IMF component, instantaneous energy, marginal spectrum and energy spectrum.Analysis shows Xiaolongtan Buzhaoba pit blasting vibration energy is mainly distributed in the low frequency signal, generally in the 20Hz the following, when the center distance as the explosion energy will increase the high frequency signal loss, low frequency signal energy, especially low-frequency signals below 10Hz to become energy the main part, which is close to the natural frequency of the slope, easy to have a greater impact slope stability.
     After studying the home and abroad status quo and trend of research on creeping slopes, types and deformation of creeping slopes and space instability prediction, the author described the blasting vibration and its influence on Bu Zhaoba creeping slope, combining with the actual situation of Bu Zhaoba creeping slope in Xiaolongtan Open Coal Mine. The author utilized theories of rock dynamics, fracture mechanics and damage mechanics and SHPB as a test method to conduct a study on plastic damage cumulative effects of slope rocks under the action of quasi-dynamic impact. The author selected The FLAC3D powerful method to study the dynamic analysis of blast load on the Buzhaoba Xiaolongtan open pit slope stability, slope stability in the numerical calculation, the first time in the calculation of dynamic load input three-dimensional analysis of blast vibration waves and their effects on slope stability, and input vibration wave in one direction more than in line with engineering practice.
引文
[1]李彬峰.爆破地震效应及其控制措施分析[J].爆破,2003,20(2):83-85.
    [2]朱传云,卢文波,董振华.岩质边坡爆破振动安全判据综述[J].爆破,14(4):13-17.
    [3]刘翼,傅建秋,魏晓林.5500吨硐室爆破队边坡的影响分析[J].采矿技术,2009,9(1):117-130.
    [4]张涛,郭学彬,蒲传金,白红杰,肖正学.边坡爆破振动高程效应的实验分析与研究[J].江西有色金属,2006,20(1):10-13.
    [5]张丹,蒋启兵,刘勇.爆破效应主导因素与K、α场域分布试验研究[J].金属矿山;2007年01期;20-23.
    [6]吴其苏.露天矿台阶爆破振动效应[J].爆破,1986,(2):40-45.
    [7]刘美山,余强,张正宇,赵根.小湾水电站高陡边坡开挖爆破试验[J].水利水电施工,2004,10(3):68=71.
    [8]陈柏林.矿山边坡爆破振动测试与分析[J].矿业快报,2004,11(11):13-15.
    [9]裴来政,金堆城露天矿高边坡爆破振动监测与分析[J].爆破.2006,23(4):82-85.
    [10]蔡路军,马建军,江兵,虞珏,章启忠.高陡边坡爆破振动安全研究[J].露天采矿技术,2006,(2):12-16.
    [11]郭学彬,肖正学,张志呈,蒲传金.层状岩体爆破地震效应的测试[J],矿业研究与开发,2005(25)4:65-67.
    [12]钟祖良,刘新荣,梁宁慧,瞿万波.质点振动速度与主振频率在爆破监测中的应用[J].重庆建筑大学学报,2006,28(4):38-41.
    [13]刘立新,刘晓军,黄宁.三峡三期上游围堰拆除爆破大坝振动安全监测[J].人民长江,2007,38(11):139-140,156.
    [14]逢焕东,陈士海.弹性介质中爆破地震波传播的分区变化规律研究[J].振动与冲击,2009,28(3):105-107.
    [15]吕涛,李海波,周青春,夏祥,刘亚群,李俊如.传播介质特性对爆破振动衰减规律的影响[J].防灾减灾工程学报,2008,28(3):335-341.
    [16]叶根喜,姜福兴,郭延华,王存文.煤矿深部采场爆破地震波传播规律的微震原位试验研究[J].岩石力学与工程学报.2008,27(5):1053-1058.
    [17]刘世波.多台阶开挖中的爆破振动传播规律研究[J].铁道建筑,2008,(1):68-71.
    [18]张耀平,曹平,高赛红.武山铜矿中深孔爆破振动速度衰减规律的研究[J].有色金属: 矿山部分,2007年59(6):35-38.
    [19]唐海,李海波,蒋鹏灿,王晓炜,李俊如.地形地貌对爆破振动波传播的影响实验研究[J].岩石力学与工程学报.2007,26(9):1817-1823.
    [20]杜汉清.爆破振动衰减规律的现场试验研究[J].爆破,2007,24(3):107-109.
    [21]张光雄,杨军,陈军.爆破地震波能量随距离衰减规律实例分析[J].有色金属:矿山部分,2006,58(5):24-27.
    [22]刘景全,唐廷宇.爆破振动规律模型的选择[J].矿业工程,2005,(6).
    [23]李瑜,侯德福.金堆城露天采场北部边坡爆破振动测试与衰减规律探析[J].中国钼业,1999,(4).
    [24]郭学彬,张继春,刘泉,张杰涛.爆破振动对顺层岩质边坡稳定性的影响[J].矿业开发,2006,26(2):77-80.
    [25]林大能,唐业茂,范金国,杨军伟.爆破振动作用下高陡边坡稳定性分析[J].矿业工程研究,2009,24(1):25-28.
    [26]欧阳吉,郑爽英,张继春,郭学彬,肖正学,宋小林.爆破作用对软弱夹层岩质边坡稳定性影响试验研究[J].爆破,2009,26(1):10-14.
    [27]陈泽观,林从谋,黄志辉.爆破动力作用下边坡稳定性的积分解法与应用[J],岩土工程技术,2006,20(6):275-277.
    [28]朱青山.爆破振动下露天矿台阶边坡稳定性能量分析法[J].金属矿山,2005,(9):14-17.
    [29]蔡路军,马建军,江兵,虞珏,章启忠.考虑振动频率的爆破振动安全标准的探讨[J].黄金,2006,27,(3):24-27.
    [30]陈明,卢文波,吴亮,许红涛.小湾水电站岩石高边坡爆破振动速度安全阈值研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(1):51-56.
    [31]朱传云,卢文波.岩质边坡爆破振动安全判据综述[J].爆破,1997,14(4):13-17.
    [32]刘美山,吴从清,张正宇.小湾水电站高边坡爆破振动安全判据试验研究[J].长江科学院院报,2007,24(1):40-43.
    [33]许红涛,卢文波.几种爆破振动安全判据[J].爆破,2002,19(1):8-10.
    [34]李文秀,王晶,戴兰芳.山区露天矿高陡边坡爆破振动安全判据[J].化工矿物与加工,2006,35(1):20-22.
    [35]王先义,何学秋,邵军.岩土开挖爆破振动效应安全判据的探讨[J].煤炭科学技术,2003,31(7):54-56.
    [36]毛志远,徐全军.考虑频率影响的爆破振动安全判据的工程实践[J].工程爆破. 2001:7(3):19-22,14.
    [37]杨伟林,杨柏坡.爆破地振动效应的数值模拟分析[J].地震工程与工程振动,2005,25(1),8-13.
    [38]龙源,冯长根.爆破地震波在岩石介质中传播特性与数值计算研究[J].工程爆破,2000,6(3):1-7.
    [39]龙源、唐德高.凝灰岩介质中爆破地震波传播的数值模拟研究[J].工程兵工程学院学报,1996,11(4):78-84.
    [40]易长平,许红涛,卢文波,舒大强.河道对爆破地震波传播规律的影响分析[J].长江科学院院报,2003,20(B 12):5-7.
    [41]顾宏伟,赵燕明,李秀地.两道减震沟隔震效果的数值模拟研究[J].爆破.2007,(1):21-25.
    [42]唐海,李海波,周青春,李俊如,夏祥,张磊奇.凹形地貌对爆破振动波传播影响的数值模拟[J].岩土力学,2008,29(6):1540-1544.
    [43]田振农,李世海.三维离散元不同尺度结构面计算方法及其在岩土爆破中的应用[J].岩石力学与工程学报.2007,26(A01):3009-3016.
    [44]李俊文,王辉,张川,戎涛,王新生,刘红岩.基于有限元数值计算的爆破振动速度分析[J].矿冶.2005,14(2):17-20.
    [45]郭易圆,李世海.离散元法在节理岩体爆破振动分析中的应用[J].岩石力学与工程学报.2002,21(A02):2408-2412.
    [46]李贺,尹光志,许江,张文卫.岩石断裂力学[M].重庆:重庆大学出版社,1988.
    [47]Atkinson.岩石断裂力学[M].北京:地震出版社,1992:101-106.
    [48]王明洋,葛涛,钱七虎.爆炸载荷作用下岩石的变形和破坏研究[J].防灾减灾工程学报,2003,23(2):43-52.
    [49]孟吉复,惠鸿斌.爆破测试技术[M].冶金工业出版社.1992.
    [50]李夕兵,凌同华,张义平.爆破振动信号分析理论与技术[M].北京:科学出版社,2009.
    [51]张雪亮,黄树棠.爆破地震效应[M].北京:地震出版社,1981.
    [52]凌同华.爆破地震效应及其灾害的主动控制[D].长沙:中南大学,2002.
    [53]IDTS3850爆破振动记录仪使用说明书[M].
    [54]何军,于亚伦,梁文基.爆破振动信号的小波分析[J].岩土工程学报,1998,20(1):47-50.
    [55]凌同华,李夕兵.爆破振动信号不同频带的能量分布规律[J].中南大学学报,2004, 34(2):310-315.
    [56]冉启文,谭立英.小波分析与分数傅立叶变换及应用[M].国防工业出版社.北京.2002.
    [57]成礼智,王红霞,罗永.小波的理论与应用[M].科学出版社.北京.2004.
    [58]苏金明,阮沈勇.MATLAB6.1实用指南(手册)[M].北京:电子工业出版社,2002:10-220.
    [59]凌同华,李夕兵.用时-能密度法确定微差爆破中的实际延迟时间[J].岩石力学与工程学报,2004,23(13).
    [60]赵学智,林颖,陈文戈.奇异性信号检测时小波基的选择[J].华南理工大学学报,2000,28(10):75-80.
    [61]Mallat S, Hwang W L. Singularity detection and processing with wavelet[J]. IEEE Transon In formation Theory,1992,38(2):617-643.
    [62]飞思科技产品研发中心.小波分析理论与MATLAB7实现[M].电子工业出版社.北京.2005.
    [63]葛哲学,陈仲生.Matlab时频分析技术及其应用[M].人民邮电出版社.北京.2006.
    [64]Daubechies I. The wavelet transform, time-frequency localization and signal analysis[J]. IEEE transactions on information theory,1990,36 (5):961-1005.
    [65]林大超,施惠基,白春华.爆炸地震效应的时频分析[J].爆炸与冲击,2003,23(1):31-35.
    [66]阳生权.爆破地震累积效应理论和应用初步研究[D].长沙:中南大学,2002.
    [67]张义平,李夕兵,凌同华.爆破振动信号的HHT分析与应用[M].北京:冶金工业出版社,2008.
    [68]Boashash B.Estimation and interpreting the instantaneous frequency of a signal[J].Part 1:Fundamentals.Proc.IEEE,1992,(80):520-538.
    [69]Rilling G, Flandrin P. On Empirical Mode Decomposition and its algorithms[C].IEEEEURSIP Wokshop on Nonlinear Signal and Image Processing. NSIP-03, Grado(I),2003.
    [70]张义平,吴桂义.爆破地震波特性研究[J].矿业研究与开发,2007,27(6)68-72.
    [71]陈玲玲,陈敏中,钱胜国.岩质陡高边坡地振动力稳定分析[J].长江科学院院报,2004,21(1):33-35.
    [72]GradyD.L, KippM.L.Continuum modeling of explosive fracture in oil shale [J]. Int.J.Rock Mech.Min.Sci and Geomech.Abst,1980,17(2):147-157-34.
    [73]Taylor L M, Chen E P, Kuszmaul J S. Microcrack induced damage accumulation in brittle rock under dynamic loading [J]. Computer Method in App. Mech.& Engng.1986, 55:301-320.
    [74]吴从师,徐泽沛,陈听.爆破地震作用下重力式挡土墙的稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2003,22(11):1939-1942.
    [75]纽强.岩石爆破机理[M].沈阳:东北工学院出版社,1990.
    [76]GradyD.L, KippM.L.Continuum modeling of explosive fracture in oil shale [J]. Int.J.Rock Mech.Min.Sci and Geomech.Abst,1980,17(2):147-157-34.
    [77]徐芝纶.弹性力学[M].北京:高等教育出版社,1990.
    [78]盖秉政.弹性波在平面多连通域中的绕射与动应力集中[J].应用数学和力学,1986,7(1):25-36.
    [79]鲍亦兴,毛昭宙.弹性波的散射与动应力集中[M].北京:科学出版社,1993.
    [80]Sternberg E. On the Integration of the Equation of Motion in the Classical Theory of Elasticity [J]. Arch. Rat. Mech. Anal,1960:34-50.
    [81]Freumd L B. Dynamic Fracture Mechanics [M]. Cambridge Cambridge Press,1990.
    [82]李朝阳,宋玉普,车轶.混凝土的单轴抗压疲劳损伤累积性能研究[J].土木工程学报,2002,35(2):38-40.
    [83]葛修润,任建喜,蒲毅彬,等.岩土损伤力学宏细观试验研究[M].北京:科学出版社,2004.
    [84]X. B. Li, T. S. Lok and J. Zhao. Dynamic Characteristics of Granite Subjected to Intermediate Loading Rate[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering,2005,38(1):21-39.
    [85]秦四清,张倬元,王士天,黄润秋,非线性工程地质学导引[M].成都:西南交通大学出版社,1993.
    [86]张倬元,董孝璧,刘汉超,世界滑坡目录工作组建议的滑坡术语[J].地质灾害与环境保护,1995(3).
    [87]郑颖人,刘兴华,近代非线性科学与岩石力学问题[J].岩土工程学报,1996(1)
    [88]李宁,G.Swoboda,当前岩石力学数值方法的几点思考[J].岩石力学与工程学报,1997(10).
    [89]煤炭科学研究总院抚顺分院,滑坡灾害预测预报系统的研究,1997.
    [90]孙广忠,论地质工程的基础理论[J].工程地质学报,1996(12).
    [91]宋振骐,蒋金泉,煤矿岩层控制的研究重点与方向[J].岩石力学与工程学报,1996(6).
    [92]谢和平,刘夕才,王金安,关于21世纪岩石力学发展战略的思考[J].岩土工程学报,1996(7).
    [93]罗国煜,地质灾害研究现状与展望[J].水文地质工程地质,1997(2).
    [94]王泳嘉,冯夏庭,关于计算岩石力学发展的几点思考[J].岩土工程学报,1996(7).
    [95]沈珠江,陆培炎,评当前岩土工程实践中的保守倾向[J].岩土工程学报,1997(7).
    [96]王启智,浅谈岩石力学与断裂力学[J].岩石力学与工程学报,1997(10).
    [97]薛守义,刘汉东,岩体力学的基本问题与科学方法论[J].岩石力学与工程学报,1996(12).
    [98]于学馥,岩石力学的科学主题—第一层次科学方法论[J].岩石力学与工程学报,1996(12).
    [99]唐春安,岩石破裂过程中的灾变[M].北京:煤炭工业部出版社,1993.
    [100]尹双增,断裂、损伤理论及应用[M].北京:清华大学出版社,1992.
    [101]方理刚,岩石节理弹塑性本构关系[J].岩土工程学报,1996(5).
    [102]张承娟,单向荷载作用下岩石损伤模型及其力学特性研究[J].岩石力学与工程学报,1996(3).
    [103]唐忠辉,唐春安,傅宇方,岩石失稳破裂的变形突跳研究[J].工程地质学报,1997(6).
    [104]黄润秋,许强,工程地质广义系统科学分析原理及应用[M].北京:地质出版社,1997.
    [105]文宝萍,李媛,王兴林,钟立勋,黄土地区典型滑坡预测预报及减灾对策研究[M].北京:地质出版社,1997.
    [106]中华人民共和国国家标准露天矿工程设计规范GB50197-2005,中华人民共和国建设部,2005.
    [107]邓荣贵,锦屏高陡岸坡稳定性及建高拱坝适宜性研究[D].成都理工学院,1994.
    [108]黄建安,断续结构岩体的脆性破坏和稳定分析[D].中国科学院地质所,1987.
    [109]陈进,岩体结构渐近破坏的理论与实践[D].中国矿业大学北京研究生院,1989.
    [110]唐春安,岩石破裂过程实验的研究[D].东北大学,1988.
    [111](美)Yang H.Huang,土坡稳定分析[M].北京:清华大学出版社,1988.
    [112]《岩土工程手册》编写委员会,岩土工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.
    [113]D.Krajcinovic, Danage mechanics, Mechanics of Materials,1989.
    [114]J.L.Chaboche, Continue damage mechanics:Part Ⅱ-damage growth crack in itation and crack growth J.Applied 1989.
    [115]煤炭科学研究总院,抚顺矿务局西露天矿,抚顺西露天矿北帮西区边坡综合治理 工程施工设计,简称《施工设计》,1997.
    [116]黄国明,苏文智,斜坡蠕滑预报的相空间理论[J].水文地质工程地质,1996(4)
    [117]李炼,陈从新,徐宜保,许东俊,露天矿边坡的位移监测与滑坡预报[J].岩土力学,1997(12).
    [118]王在泉,复杂边坡工程系统稳定性研究[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999.
    [119]余天庆,钱济成.损伤理论及应用[M].北京:国防工业出版社,1993.
    [120]余寿文,冯西桥.损伤力学[M].北京:清华大学出版社,1997.
    [121]Kolsky H.An Investigation of the Mechanical Properties of Materials at Very High Rates of Loading[J]. Proceedings of the Physical Society of London,1949, B62:676-700.
    [122]李祥龙,刘殿书等.钢质套筒被动围压下混凝土材料的冲击动态力学性能[J].爆炸与冲击,2009,29(5):463-467
    [123]冯明德,被动围压下混凝土材料动力学性能研究[D]中国矿业大学(北京),2006
    [124]董星,不同应力波参数下岩石材料损伤与破坏试验研究[D]中国矿业大学(北京),2009
    [125]张晓春,杨挺青,缪协兴.岩石裂纹演化及其力学特性的研究进展[J].力学进展,1999,29(1):97-104.
    [126]Grady D E. The mechanics of fracture under high-rate stress loading[A]. Bazant Z. Mechanics of Geomaterials[C].1985:129-155.
    [127]徐积善.强度理论及其应用.北京:水利电力出版社,1981.
    [128]戴俊.岩石动力学特性与爆破理论[M].北京:冶金工业出版社.2002.
    [129]李夕兵,古德生.岩石冲击动力学[M].长沙:中南工业大学出版社,1994.
    [130]王泳嘉,邢纪波.离散单元法同拉格朗日元法及其在岩土力学中的应用[J].岩土力学,1995,16(2):1-3.
    [131]王泳嘉,邢纪波.离散单元法及其在岩土力学中的应用[J].沈阳:东北工学院出版社,1991.
    [132]Coetzee M J,etal. FLAC basics. Itasca Consulting Group Inc.1993.
    [133]User's Mannual of FLAC-3D v2.10. Itasca Consulting Group. Inc.2004,7.
    [134]陈育民,徐鼎平.FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M].北京:中国水利水电出版社,2008.

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700